TUGAS AKHIR PENGARUH EFEK KAPASITIF TERHADAP KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI TIGA PHASA (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : RAHMAT AULIA NIM: 040402069 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSTAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
KATA PENGANTAR Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah S.W.T dimana atas berkah, karunia dan rahmat-nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul : Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Belitan Dengan Menggunakan Kapasitor Luar (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU) Tugas Akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada : 1. Ayahanda H Ahmad Fajri Hanan dan Ibunda tercinta Hj Fazraini AS, terima kasih atas doa dan kasih sayangnya yang tiada terhitung dan tiada bosan-bosannya mengasuh, mendidik dan membimbing penulis semenjak dalam kandungan hingga sekarang ini. 2. Kakak dan adikku Maulidia Yunanda SKM dan Atikah Wahyuni yang selalu jadi tempat berbagi cerita baik, dalam suka maupun duka. 3. Penyejuk hati, pemberi semangat, teman setia, Dewi Fuji Lestari SKed yang telah memberi dukungan moril dan spritual serta kasih sayangnya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU 5. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim M.Si, selaku dosen pembimbing penulis yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Bapak Ir Satria Ginting, selaku dosen wali dan kepala laboratorium konversi energi listrik yang telah membimbing penulis selama menjalani masa perkuliahan. 7. Kakanda Isroi Tanjung, ST, selaku pegawai pada Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik.
8. Seluruh asisten laboratorium konversi energi listrik, Iqbal, Taufik, Martua, Hery dan yang lainnya. 9. Rekan-rekan seperjuangan sesama angkatan 2004, Hapis, Ai, Made, Ronald, Hans VK, Kurniadi, Wahyu way carlo, Harry jablay, dan rekan rekan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. 10. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi para pembacanya. Medan, Desember 2010 Penulis Rahmat Aulia NIM. 040402069
ABSTRAK Motor induksi merupakan salah satu mesin penggerak yang banyak diaplikasikan. Hal ini didukung karena motor induksi mempunyai konstruksi yang kuat dan tahan lama sehingga pemeliharaannya cukup mudah. Tetapi disisi lain motor induksi merupakan beban bersifat induktif dan mempunyai kelemahan dari segi karakteristik kerja motor, baik saat starting maupun running. Untuk itu dilakukan pengukuran mengenai efek pemasangan kapasitor terhadap karakteristik kerja motor induksi (torsi, kecepatan putaran rotor, daya aktif, dan sebagainya), yang meliputi power factor, efisiensi daya dan arus starting.
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 1 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metode Penulisan... 2 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II MOTOR INDUKSI TIGA FASA 2.1 Umum... 5 2.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa... 6 2.3 Jenis Motor Induksi Tiga Phasa... 8 2.3.1 Motor Induksi Tiga Phasa Sangkar Tupai.. 8 2.3.2 Motor Induksi Tiga Phasa Rotor Belitan 9 2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi...11 2.5 Prinsip Medan Putar... 14 2.5.1 Analisa Medan Putar Secara Vektor 14 2.5.2 Analisa Medan Putar Secara Perhitungan. 18 2.6 Frekuensi Rotor... 20
2.7 Rangakaian Ekivalen Motor Induksi... 21 BAB III KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI TIGA PHASA 3.1 Karakteristik Kerja Motor Induksi Tiga Phasa... 28 3.1.1 Pengaturan Putaran Motor Induksi... 29 3.1.2 Metode Starting Motor Induksi....33 3.1.3 Torsi Motor Induksi...34 3.1.4 Efisiensi Motor Induksi....36 3.1.5 Aliran Daya Pada Motor Induksi.. 37 3.2 Penggunaan Kapasitor Pada Motor Induksi Tiga Phasa... 39 3.2.1 Pengertian Dasar Kapasitor... 39 1. Permitifitas Relatif. 39 2. Pe rmitivitasabsolut...40 3. Muatan Listrik.. 41 4. Kapasitansi Kapasitor.41 5. Kapasitor Terhubung Seri dan Paralel 42 3.2.2 Kapasitor Daya. 44 1. Segitiga Daya... 44 2. Koreksi Faktor Daya Oleh Kapasitor Daya... 45 3. Perhitungan Kapasitor Daya Secara Umum...46 4. Aplikasi Pemasangan Daya Pada Motor Induksi Tiga Phasa...47 BAB IV ANALISA PENGARUH EFEK KAPASITIF TERHADAP KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI 4.1 Umum... 48
4.2 Peralatan Yang Digunakan... 48 4.3 Percobaan Berbeban Motor Induksi 3 Fasa dengan Kapasitor Terhubung Delta...50 4.4 Analisa Pengaruh Efek Kapasitif Terhadap Karakteristik Motor Induki Tiga Phasa...53 4.4.1. Analisa Koreksi faktor daya dengan pemasangan kapasitor... 53 4.4.2. Analisa Arus Running Dengan Pemasangan Kapasitor... 55 4.4.3. Analisa Daya Dengan Pemasangan Kapasitor...56 4.4.4. Analisa Kecepatan Putaran Rotor dengan Pemasangan Kapasitor...62 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 63 DAFTAR PUSTAKA... 64
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi motor Induksi 3 Fasa... 6... Gambar 2.2 Komponen stator Motor Induksi Tiga Phasa... 7 Gambar 2.3 Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar... 8 Gambar 2.4 Konstruksi motor induksi rotor sangkar... 9 Gambar 2.5 Skematik motor induksi 3 fasa yang belitannya berbeda sudut 120 0... 10 Gambar 2.6 Konstruksi motor induksi rotor belitan... 10 Gambar 2.7 Penampang rotor dan stator motor induksi memperlihatkan medan magnet dalam celah udara 12 Gambar 2.8 Kerapatan Medan Magnet... 15 Gambar 2.9 Kerapatan Medan Magnet ω t = 0 0...16 Gambar 2.10 Kerapatan Medan Magnet ω t = 90 0... 17 Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen Stator... 22 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen Rotor... 24 Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen Motor Induksi... 25 Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi stator... 25 Gambar 2.15 Bentuk lain Rangkaian ekivalen Motor Induksi dilihat dari sisi stator... 23 Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen Motor Induksi dengan mengabaikan tahanan R... 24 Gambar 2.17 Bentuk lain rangkaian ekivalen motor induksi dilihat dari sisi stator... 25 Gambar 3.1 Kurva karakteristik motor induksi tiga phasa... 28 Gambar 3.2 Kurva karakteristik motor induksi tiga phasa 2... 29
Gambar 3.3 Pelaksanaan lilitan untuk mengubah jumlah kutub dengan mengubah sambungan phasa... 30 Gambar 3.4 Hubungan seri dan parallel masing-masing phasa... 30 Gambar 3.5 Karakteristik torsi-kecepatan untuk variasi tegangan stator... 31 Gambar 3.6 Rangkaian starting dengan metode langasung... 33 Gambar 3.7 Rangkaian starting dengan autotransformator... 34 Gambar 3.8 Rangkaian starting dengan metode star-delta... 34 Gambar 3.9 Aliran daya Motor induksi... 38 Gambar 3.10 Elemen kapasitor... 39 Gambar 3.11 Konstruksi kapasitor... 42 Gambar 3.12 Kapasitor seri dan paralel... 43 Gambar 3.13 Segitiga daya... 44 Gambar 3.14 Vektor diagram dengan faktor daya lagging... 45 Gambar 3.15 Vektor diagram koreksi faktor daya... 46 Gambar 3.16 Konfigurasi pemasangan kapasitor daya pada motor induksi... 47 Gambar 4.1 Gambar rangkaian percobaan pembebanan motor induksi dengan kapasitor terhubung Delta... 50 Gambar 4.2 Grafik faktor Daya terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung Delta Terhadap Motor Induksi 3 Fasa)... 57 Gambar 4.3 Grafik Arus Running terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung Delta Terhadap Motor Induksi 3 Fasa... 55 Gambar 4.4 Grafik Daya Aktif terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung DeltaTerhadap Motor Induksi 3 Fasa... 59
Gambar 4.5 Grafik Daya Reaktif terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung Delta Terhadap Motor Induksi 3 Fasa... 60 Gambar 4.6 Grafik Daya Nyata terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung Delta Terhadap Motor Induksi 3 Fasa... 61 Gambar 4.7 Grafik Putaran Rotor terhadap variasi kapasitor (Kapasitor terhubung Delta Terhadap Motor Induksi 3 Fasa... 62
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Permitivitas relatif bahan dielektrik... 40... Tabel 4.1 Data Percobaan Berbeban (15 %) Motor Induksi 3 Fasa... 51... Tabel 4.2 Data Percobaan Berbeban (25 %) Motor Induksi 3 Fasa... 52 Tabel 4.3 Data Percobaan Berbeban (35 %) Motor Induksi 3 Fasa... 52 Tabel 4.4 Data Percobaan Berbeban (50 %) Motor Induksi 3 Fasa... 53 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Daya pada Percobaan Berbeban (15 %) Motor Induksi 3 Fasa... 57 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya pada Percobaan Berbeban (25 %) Motor Induksi 3 Fasa... 57 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya pada Percobaan Berbeban (35 %) Motor Induksi 3 Fasa... 57 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Daya pada Percobaan Berbeban (50 %) Motor Induksi 3 Fasa... 58