KAJIAN PENGARUH MODIFIKASI JUMLAH KUTUB TERHADAP PERUBAHAN DAYA DAN TORSI MOTOR INDUKSI SATU FASA

Transkripsi

1 KAJAN PENGARUH MODFKA JUMLAH KUTUB TERHADAP PERUBAHAN DAYA DAN TOR MOTOR NDUK ATU FAA Asfari Hariz antoso, Pebibing : Hari antoso, Pebibing : Hery Purnoo. Abstrak Motor induksi satu fasa banyak digunakan ada kehiduan sehari-hari. aai saat ini di asaran otor induksi fasa yang dengan utaran rendah atau dengan utaran dibawah 000 r sangat jarang diteui, jika ada hanya saai utaran 000 r. Untuk endaatkan utaran otor induksi fasa dibawah 000 r biasanya disiasati dengan enggunakan ulley-belt. ebagai solusi dilakukan analisis engaruh erubahan julah kutub sejulah 8 kutub adotor induksi satu fasa jenis rotor sangkar terhada besar nilai daya dan torsi yang dihasilkan. Didaatkan besar daya keluaran sebesar 55,34 watt dan 563,03 watt sedang besar nilai torsi sebesar 7,9 N dan 7,83 N. Kata Kunci Motor nduksi, Kutub, Daya, Torsi M. PENDAHULUAN otor induksi satu fasa banyak digunakan ada kehiduan sehari-hari. kareneiliki kelebihan seerti struktur dan konstruksinya yang kokoh, sederhana dan erawatan yang udah. aai saat ini di asaran otor induksi fasa yang dengan utaran rendah atau dengan utaran dibawah 000 r sangat jarang diteui, jika ada hanya saai utaran 000 r. Motor induksi fasa yang diroduksi abrik eunyai diensi dan karakteristik yang beda. Hal yang daat dilakukan agar daat diketahui engaruh utaran adotor induksi fasa untuk diensi yang saa, terhada daya dan torsi daat dilakukan dengan eodifikasi otor induksi fasa dengan diensi dan karakteristik otor secara uu enjadi otor induksi fasa dengan karakteristik otor secara khusus. Oleh karena erlu dilakukan analisis engaruh erubahan julah kutub adotor induksi satu fasa jenis rotor sangkar terhada besar nilai daya dan torsi yang dihasilkan untuk alikasi utaran rendah, daya rendah, dan torsi tinggi.. TNJAUAN PUTAKA A. Motor nduksi Fasa Motor induksi atau otor asinkron secara konstruksi terdiri dari stator dan rotor. Motor induksi fasa sering digunakan ada eralatan ruah tangga karena disesuaikan dengan ketersediaan suber listrik fasa. Pada uunyotor induksi faseiliki daya kecil, efisiensinya relatif rendah, antara 38% saai 70% []. Motor induksi satu faseunyai (dua) kuaran stator, yaitu kuaran utaa (U) dan kuaran bantu (B) yang dililit ada stator dengan erbedaan sudut 90⁰ listrik. Pada uunya kuaran bantu eunyai resistansi dan rektansi lebih besar dari kuaran utaa (U), dan kuaran bantu (B) diseri dengan kaasitor (C). Dengan deikian bisa terjadi erbedaan fasa antara arus kuaran uta dengan arus kuaran bantu a. Motor berfungsi sebagai otor fasa tidak seibang [3], akibat terjadi edan utar ada stator yang engakibatkan otor berutar. Motor induksi tidak daat berutar ada keceatan sinkronnya. Pada saat tana beban keceatan utar rotornya sedikit lebih rendah dibandingkan dengan keceatan sinkronnya. Perbedaan antara keceatan sinkron dan keceatan rotor disebut sli (s) [3] ns n s n s ( ) dengan, s : sli n s : keceatan sinkron/ keceatan edan utar stator (r) n : keceatan utar rotor (r) B. Rangkaian Ekivalen Motor nduksi Gabar Rangkain ekivalen otor induksi tia fasa ada keadaan anta [] ebuah otor induksi dala keadaan dia aka ada dasarnya rangkaian tersebut adalah serua dengan sebuah transforator, dengan lilitan stator sebagai kuaran rier dan lilitan rotor sebagai kuaran skunder. Adaun untuk endaatkan araeter araeternya dilakukan beberaa engujian antara lain engujian DC, engujian tana beban, dan engujian rotor ditahan. Untuk endaatkan resistansi stator (R ) didaatkan dari engujian DC dengan ersaaan : Vdc R ( ) dc edangkan untuk engujian rotor ditahan dan engujian tana beban dilakukan untuk endaatkan nilai R C, X, X, X dan R. ( R R X c ( R R ) ( X X) R R R ) ( X X) X X ( 3 ) ( 4 ) R = R br - R Ω ( 5 ) X X X R R R ( 6 ) X X Dari tabel ebagian reaktansi bocor otor induksi secara eiris didaatkan nilai X dan X dengan ersaaan : X X 0, 5 Ω ( 7 ) xx BR Asfari Hariz antoso NM

2 X R R X X X R X ( 8 ) Dari araeter diatas daat digunakan untuk enghitung nilai daya keluaran dan torsi otor yaitu dengan ersaaan : R ( s) P ek ( ) watt ( 9 ) s V ( R R / s) ( X X ) A ( 0 ) Pek ek ( N ) ( ) s elain dengan enggunakan ersaaan diatas torsi otor juga bisa dicari dengan engujian berbeban yang enggunakan re ekanik, yaitu : τ = F.l (N-) ( ) dengan, τ : Torsi otor (N-) F : Gaya yang bekerja saat engerean (N) l : Panjang lengan dari oros otor saai ujung lengan () C. Daya Keluaran Motor nduksi Q = C 0 x D x L x n s kva [] (3) diana, Q : daya jangkar (kva) D : diaeter stator () L : anjang stator () C 0 : koefisien keluaran otor arus bolak - balik n s : keceatan sinkron (rs) D. Penentuan Diaeter Konduktor Pada kondisi noral, yaitu untuk esin standar keraatan arus ada konduktor stator biasanya berkisar antara 3 saai 4 A/ []. Pin V xcos (4) dan luas enaang konduktor stator daat ditentukan yaitu : a Untuk enentukan fluksi erkutub (5) Φ = Bav x τ x L (6) Dengan kisar kutub : x D (7) diana, Bav : keraatan fluksi τ : kisar kutub D : diaeter stator L : Panjang stator : julah kutub E T (8) 4,44 x f x x K w diana : E : Tegangan induksi stator (V) f : frekuensi (Hz) Φ : Fluksi erkutub belitan utaa Kw : faktor belitan (0,955) T : julah lilit kuaran utaa E. Penentuan Nilai Kaasitor Gabar. egitigedansi [] (weber) Agar otor induksi bisa start dibutuhkan alat bantu yaitu kaasitor yang diseri dengan kuaran bantu untuk endaatkan erbedaaan fasa sebesar 90. Adaun langkahnya didaatkan dengan bantuan segitiga iedansi yang nilai nilainya didaatkan dari araeter kuaran ada stator serta dengan erhitungan sebagai berikut : θ = arc tan (X/R) (9) θ = 90 - θ (0) X = (tan θ ) R () X C = X + X () C ( F) fxc (3). MODFKA A. Blok Diagra iste Blok diagra siste odifikasi julah kutub ditunjukkan ada gabar 3. Gabar 3. Blok diagra siste odifikasi julah kutub Modifkasi julah kutub diulai dengan identifikasi awal konstruksi otor induksi yang eliuti daya outut (watt), arus (aere), tegangan kerja (volt), utaran rotor (r), tie lainasi, faktor daya (cos φ), dan frekuensi (Hz) serta konstruksi otor eliuti diensi utaa (D dan L), julah alur, dan luas alur ada stator otor induksi yang akan diodifikasi. etelah itu ditentukan julah kutubnya dan dilakukan erhitungan untuk enentukan luas enaang konduktor kuaran ada stator otor induksi serta jenis belitannya yang disesuaikan dengan julah dan luas alur ada stator baru dilakukan lilit ulang. etelah dilakukan lilit ulang otor induksi yang terodifikasi dilakukan engujian eliuti engujian DC, engujian rotor ditahan, dan engujian tana beban untuk endaatkan araeter otor induksi serta engujian Asfari Hariz antoso NM

3 3 berbeban untuk engetahui nilai daya dan torsi ada otor induksi yang diodifikasi B. Modifikasi Motor nduksi 3 Fasa 4kW Luas alur stator otor induksi 3 fasa 4kW : Gabar 4. Diensi alur stator otor induksi 3 fasa 4 kw 9 a (8,3 ) = 83,35 Dala odifikasi julah kutub otor induksi ini julah alur stator yang akan diodifikasi telah ditentukan yaitu, s = 4 alur Julah kutub yang akan diodifikasi sejulah 8 kutub. Uunya kuaran utaeneati /3 bagian dan kuaran bantu eneati /3 bagian dari seluruh alur yang ada, aka: Julah kuaran utaa : x 4 6 alur 3 Julah kuaran bantu : x 4 8 alur 3 Bentuk kuaran ada stator : Gabar 5. Rancangan kuaran odel terusat ada stator Tegangan induksi stator E = 95% dari tegangan catu (V), aka : E = 0,95 x 0 = 09 volt Telah diketahui bahwa D = 89 = 0,089 dan L = 84 = 0,084, Bav = 0,4 aka nilai fluksi erkutub D L Ф = Bav =,7 x 0-3 weber Dengan deikian julah lilit kuaran utaa (T ) E T = 4,44 f Kw = 839, lilitan Julah lilit yang terhubung seri (T) T T = 05 lilit Dala odifikasi julah kutub ini ditentukan bahwa julah lilit yang terhubung seri (T ) sebanyak 00 lilit, karena disesuaikan dengan luas alur yang ada. Julah total lilitan ada kuaran utaa (T ) 8 x 00 = 800 lilit Julah konduktor tia alur kuaran utaa : T Z ss s = 00 Ukuran Konduktor Arus konduktor ada kuaran utaa : P s V cos 666,67 0 0,68 0,63 = 7,073 A Luas enaang konduktor stator : s 7,073,96 3,6 Diaeter konduktor 4 a d,58 Dala erancangan ini nilai diaeter konduktor yang digunakan ada kuaran utaa adalah d = 0,85 yang dirangka dua, karena jika digunakan konduktor dengan diaeter,58 sulit dala elilitan, sedangkan ada kuaran bantu digunakan konduktor dengan diaeter 0,85. Luas enaang konduktor ada kuaran utaa : 3,4 0,85 0,567 4 Keraatan arus konduktor ada kuaran utaa : s 7,073,474 A/ a 0,567 Luas enaang konduktor stator kuaran utaa = x 0,567 =,34 dan total belitan er alur = 00 lilit, aka luas enaang konduktor er alur = 3,4, faktor erukaan 0,7. Maka luas enaang alur (a s ) : Penaang tebaga alur 3,4 a 6 Faktor erukaan 0,7 Panjang rata-rata lilitan stator : L t = x L +,3 x τ+ 0,4. yang ana kisar kutub : xd x0,089 0,034 8 Jadi, L t = x 0,084 +,3 x 0, ,4 = 0,486 Luas enaang konduktor ada kuaran bantu : Asfari Hariz antoso NM

4 4 3,4 0,85 0,567 4 Keraatan arus konduktor ada kuaran bantu : s 7,073,474 A/ a 0,567 Luas enaang konduktor stator kuaran bantu = 0,567 dan total belitan er alur = 00 lilit, aka luas enaang konduktor er alur = 56,7. Faktor erukaan antara 0,7. Maka luas enaang alur (a s ) : Penaang tebaga alur 56,7 a 8 Faktor erukaan 0,7 Panjang rata-rata lilitan stator : L t = x L +,3 x τ + 0,4. yang ana kisar kutub : xd x0,089 0,034 8 Jadi, L t = x 0,084 +,3 x 0, ,4 = 0,486 Dari hasil erhitungan nilai kaasitor yang digunakan sebesar : C 35,73F C. Modifikasi Motor nduksi Fasa H Luas alur otor induksi 746 watt : Gabar 6. Diensi alur stator otor induksi fasa H a (4 5,5) 57 Dala odifikasi julah kutub otor induksi ini julah alur stator yang akan diodifikasi telah tersedia yaitu, s = 36 alur ehingga kisar alur stator daat ditentukan sebagai berikut. xd 3,4x00 Yss 8,7 s 36 Untuk otor induksi fasa, ada stator akan terdaat jenis kuaran, yaitu kuaran utaa dan bantu. Pada uunya kuaran utaeneati /3 bagian dan kuaran bantu eneati /3 bagian dari seluruh alur yang ada. Naun ada enelitian skrisi ini kuaran utaa dan kuaran bantu dibuat asng - asing / bagian dari julah keseluruhan alur stator, aka: Julah kuaran utaa : / x 36 = 8 alur Julah kuaran bantu : / x 36 = 8 alur Karena julah kutub yang akan dirancang 8 kutub, aka hanya 3 alur stator yang diakai sehingga ada 4 alur yang tidak terakai. Julah alur stator yang digunakan untuk kuaran utaa dan bantu Asfari Hariz antoso NM Julah kuaran utaa : / x 3 = 6 alur Julah kuaran bantu : / x 3 = 6 alur Gabar 7. Rancangan kuaran odel terusat ada stator Tegangan induksi stator E = 95% dari tegangan catu (V), aka : E = 0,95 x 0 = 09 volt Telah diketahui bahwa D = 00 = 0, dan L = 0 = 0,, Bav = 0,4, aka nilai fluksi erkutub Ф = Bav D L = 0,00884 =,884 x 0-3 weber Dengan deikian julah lilit kuaran utaa (T) E T = 4,44 f Kw = 54,36 54 lilitan Julah lilit yang terhubung seri (T) T T 54 8 = 65,5 65 lilit Dala odifikasi julah kutub ini ditentukan bahwa julah lilit yang terhubung seri (T) sebanyak 54 lilit. Julah total lilitan ada kuaran utaa (T ) 8 x 54 = 43 lilit Julah konduktor tia alur ada kuaran utaa : T Z ss s = 54 Ukuran Konduktor Arus konduktor ada kuaran utaa : P s V cos 746 7,09A 0 0,68 0,63 Luas enaang konduktor stator : s 7,09,97 3,6 Diaeter konduktor 4 a d,58 Dala erancngan ini nilai diaeter konduktor yang digunakan adalah d = 0,8, karena disesuaikan

5 5 dengan luas alur stator yang ada. Maka luas enaang alur (a s ) : Luas enaang konduktornya : 3,4 0,8 0,50 4 Keraatan arus konduktor : s 7,09 4, A/ a 0,50 Luas enaang konduktor stator = 0,50 dan total belitan er alur = 54 lilit, aka luas enaang konduktor er alur = 7,08. Faktor erukaan 0,7. Maka luas enaang alur (a s ) : Penaang tebaga alur 7,08 a 55,3 Faktor erukaan 0,7 Panjang rata-rata lilitan stator : L t = x L +,3 x + 0,4. yang ana kisar kutub : xd x0,0 0,039 8 Jadi, L t = x 0, +,3 x 0, ,4 = 0,5697 Dari hasil erhitungan nilai kaasitor yang digunakan sebesar : C 46,7F Tabel 6. Data Hasil Pengujian Berbeban Dari hasil beberaa engujian diatas didaat araeter otor induksi fasa : ada kuaran utaa : R = 5,4 Ω ; R = 3,69 Ω X = 8,56 Ω ; X = 8,56 Ω X =,64 Ω ; R c = 53,5 Ω ada kuaran bantu : R = 0,7 Ω ; R = 6,53 Ω X = 35,84 Ω ; X = 35,84 Ω X = 47,7 Ω ; R c = 38,59 Ω Tabel 7. Tabulasi datotor induksi sebelu belitan stator diodifikasi, hasil erhitungan / erancangan, dan hasil engujian dari otor induksi 3 fasa 4 kw hasil odifikasi V. PENGUJAN DAN PEMBAHAAN A. Pengujian Motor nduksi 3 Fasa 4kW (Hasil odifikasi julah kutub) Tabel. Data Pengujian Tana Beban Tabel. Data Pengujian Rotor ditahan ada Kuaran Utaa B. Pengujian Motor nduksi Fasa H (Hasil odifikasi julah kutub) Tabel 8. Data Pengujian Tana Beban Tabel 3. Data Pengujian Rotor ditahan ada Kuaran Bantu Tabel 9. Data Pengujian Rotor ditahan ada Kuaran Utaa Tabel 4. Data Hasil Pengujian dc ada Kuaran Utaa Tabel 0. Data Pengujian Rotor ditahan ada Kuaran Bantu Tabel 5. Data Hasil Pengujian dc ada Kuaran Bantu Tabel. Data Hasil Pengujian dc ada Kuaran Utaa Tabel. Data Hasil Pengujian dc ada Kuaran Bantu Asfari Hariz antoso NM

6 6 Tabel 3. Data Hasil Pengujian Berbeban Dari tabel 6 daat diketahui bahwa ada keadaan noinal otor induksi yang telah diodifikasi eunyai torsi yang lebih besar dibandingkan dengan otor induksi standart yang aneunyai daya outut yang relatif saa. V. KEMPULAN DAN ARAN Dari hasil odifikasi julah kutub adotor induksi fasa daat disiulkan sebagai berikut : Dari hasil beberaa engujian diatas didaat araeter otor induksi fasa kuaran utaa dan kuaran bantu ini R = 6,5 Ω ; R =,3 Ω X =,86 Ω ; X =,86 Ω X = 3,50 Ω ; R c = 66,98 Ω Tabel 4. Tabulasi datotor induksi fasa sebelu belitan stator di odifikasi, hasil erhitungan / erancangan, dan hasil engujian dari otor induksi fasa H hasil odifikasi Tabel 5. Data hasil engujian berbeban otor standart 746 watt 500 r Dari tabel 6, 3, dan 5 daat diketahui nilai daya inut, daya outut, dan torsi otor. Pada tabel 6 dan 3 adalah data engujian berbeban dari otor induksi yang telah diodifikasi dan ada tabel 5 adalah data engujian berbeban dari otor induksi standart tana diodifikasi dengan julah kutub lebih sedikit dan daya yang relatif saa. ) Untuk odifikasi otor induksi (AMMER) 3 fasa 4 kw yang eunyai 4 alur stator dengan julah kutub kutub enjai 8 kutub dengan cara setia kisar alur yang sebelunya 5 listrik tia kisar alur seerti yang ditunjukkan ada Gabar 4. dirubah enjadi 60 listrik tia kisar alur seerti yang ditunjukkan ada Gabar 4.3. ) Untuk odifikasi otor induksi (ALDO) fasa H yang eunyai 36 alur stator dengan julah kutub 4 kutub enjai 8 kutub dengan cara setia kisar alur yang sebelunya 0 listrik tia kisar alur seerti yang ditunjukkan ada Gabar 4.5 dirubah enjadi 40 listrik tia kisar alur seerti yang ditunjukkan ada Gabar ) Pengaruh erubahan julah kutub enjadi 8 ada otor induksi 3 fasa 4kW, aka dieroleh daya otor induksi 55,34 watt, besar torsi otor 7,9 N-, dan efisiensi sebesar 47,6 %. 4) Pengaruh erubahan julah kutub enjadi 8 ada otor induksi fasa 746 watt, aka dieroleh daya otor induksi 563,03 watt, besar torsi otor 7,83 N-, dan efisiensi sebesar 53,6 %. 5) Dari hasil engujian didaatkan nilai efisiensi otor hasil odifikasi lebih rendah dari otor standart. Untuk enyeurnaan enelitian ini, ada beberaa saran yang erlu dilakukan antara lain : ) Untuk engoerasikan otor kaasitor dierlukan nilai kaasitor yang yang teat, agar dieroleh beda fasa antara kuaran utaa dan kuaran bantu 90 listrik. ) Julah alur yang daat enghasilkan kisar alur 5⁰, 30⁰, 45⁰, dan 90⁰ listrik. 3) Perlu dilakukan enelitian lebih lanjut untuk engurangi rugi rugi. DAFTAR PUTAKA [] Misail Budiono 0. Dasar Teknik Elektro. Malang : Universitas Brawijawa Press. [] awhney A.K, 990. Electrical Machine Design. New Delhi : Dhanfat Rai & ons.gonen, Turan Electric Power Distribution iste Engineering. ingaore: McGraw-Hill Book Coany. [3] Zuhal, 993. Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya. Jakarta : PT. Graedia Pustaka Utaa.. Tabel 6. Data engujian berbeban otor induksi standart dan yang diodifikasi ada keadaan noinal. Asfari Hariz antoso NM