TUGAS AKHIR ANALISIS PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA BERDASARKAN TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA (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 : WAHYUDINATA (040402053) DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ANALISIS PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA BERDASARKAN TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh : WAHYUDINATA NIM : 040402053 Disetujui Oleh : Pembimbing IR. EDDY WARMAN NIP : 19541220 198003 1 003 Diketahui Oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU PROF. DR. IR. USMAN BAAFAI NIP : 19461022 197302 1 001 DEPATEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
ABSTRAK Motor induksi satu phasa adalah motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, yang biasanya diaplikasikan pada peralatan rumah tangga, seperti pompa air, mesin cuci dan kipas angin. Motor ini memiliki jenis yang beragam, seperti motor kapasitor start, motor permanent atau run, motor universal, motor split phase, dan beberapa jenis lainnya. Motor kapasitor permanen adalah jenis motor induksi satu phasa yang kumparan bantunya terhubung seri dengan kapasitor yang memiliki nilai tertentu. Kapasitor digunakan sebagai pembeda phasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu terhadap tegangan yang pada akhirnya akibat perbedaan sudut phasa tersebut akan mempengaruhi fluksi yang dihasilkan. Ada dua kondisi fluksi yang dihasilkan pada berbagai keadaan yang dapat dijelaskan dengan teori medan fluksi silang dan teori medan fluksi ganda. Konsep medan fluksi silang pada motor induksi satu phasa menjelaskan bahwa medan silang beraksi pada sudut 90 terhadap medan magnet stator dengan sudut phasa yang juga tertinggal 90 terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron. Sedangkan konsep medan fluksi ganda menjelaskan bahwa fluks berpulsa yang dihasilkan, ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan sinkron.
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. Tugas akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar sarjana teknik dari departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada : 1. Ayahanda Khaidir.S dan Ibunda Roswita.R, terima kasih atas semua kasih sayang, do a, dukungan serta bimbingan yang tiada terkira selama dalam kandungan hingga sekarang ini. 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman baafai selaku ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rachmad fauzi, ST. MT selaku sekretaris Departemen Teknik Elektro USU. 3. Bapak Ir.Eddy Warman, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Sugih Arto Yusuf, selaku dosen Wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan. 5. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU. 6. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU. 7. Kodok putih tersayangku Fenny Wulandari, Sfarm. Apt dengan kesabaran cinta nya terus memberi dukungan serta doa sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. 8. Adik adikku tercinta Anna, Doni, Ari serta adik sepupuku Della dan Dini yang senantiasa menjadi teman cerita, belajar dan bermain. 9. Sahabat-sahabat terbaikku, kifly, choky, made, kurlub, nera, ronal, eko yang telah memberi dukungan baik secara lembut maupun berupa ejekan,semoga kita semua sukses kedepannya. 10. Teman teman Kujam, Muhfi, Harry, Bismo, Hans, Aris, Firdaus, Luthfi, Salman, Fahmi, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. 11. Seluruh teman seangkatan,senior dan junior yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini 12. Bang Isroy Tanjung sebagai Staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik serta Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik faisal, iqbal, taufiq, martua, eko dan kurlub yang telah banyak membantu penulis dalam proses pengambilan data.
13. Teman-teman dunia maya, rani, kak yeni, tika, iwan, andri, away, gita, nadya, ririn dan lain lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atas hiburan dari kalian semua. 14. Dan semua pihak yang banyak memberi masukan kepada penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. 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, 3 Juni 2010 Penulis Wahyudinata
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...x BAB I PENDAHULUAN I.1. LatarBelakang...1 I.2. Tujuan Penulisan...1 I.3. Manfaat Penulisan... 2 I.4. Batasan Masalah... 2 I.5. Metode Penulisan... 3 I.6. Sistematika Penulisan... 3 BAB II MOTOR INDUKSI SATU FASA II.1. Umum... 5 II.2. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Phasa... 6 II.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Phasa... 7 II.4. Jenis jenis Motor Induksi Satu Phasa... 9 II.4.1. Motor Fasa Terpisah...10
II.4.2. Motor Kapasitor Start...12 II.4.3.Motor Kapasitor Permanen... 13 II.4.4. Motor Kapasitor Start Kapasitor Permanen... 14 II.4.5 Motor Kutub Terarsir.... 15 BAB III TEORI MEDAN FLUKSI SILANG DAN TEORI MEDAN FLUKSI GANDA PADA MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA III.1. Teori dua reaksi motor induksi kapasitor permanen satu phasa... 16 III.1.1.1. Teori Medan Fluksi Silang... 16 III.1.1.2. Konsep Medan Fluksi Silang... 20 III.1.2.1. Teori Medan Fluksi Ganda... 22 III.1.2.2. Konsep Medan fluksi Ganda... 23 III.2. Rangkaian ekivalen motor kapasitor permanen... 29 III.3. Daya, rugi rugi serta efisiensi motor kapasitor permanen... 35 BAB IV ANALISA PERFORMANSI MOTOR INDUKSI KAPASITOR PERMANEN SATU PHASA DENGAN BELITAN BANTU DAN BELITAN UTAMA IV.1. Perhitungan parameter motor kapasitor permanen...40 IV.1.1. Pengujian rotor tertahan...40 IV.1.2. Pengujian beban nol...44 IV.2. Peralatan yang digunakan...46
IV.3. Pengujian rotor tertahan...47 IV.4. Pengujian pengukuran tahanan belitan...49 IV.4.1. Pengujian pengukuran tahanan belitan utama...49 IV.4.2. Pengujian pengukuran tahanan belitan bantu...51 IV.5. Pengujian beban nol...52 IV.6. Pengujian berbeban...54 IV.7. Perhitungan performansi motor induksi satu phasa...56 BAB V PENUTUP V.1. Kesimpulan...64 V.2. Saran...64 DAFTAR PUSTAKA...65
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Komponen Dasar Dari Motor Induksi Satu Phasa... 7 Gambar 2.2. Torsi arah maju dan torsi arah mundur...8 Gambar 2.3. Motor fasa terpisah...11 Gambar 2.4. Motor Kapasitor Star...12 Gambar 2.5. Motor Kapasitor Permanen...13 Gambar 2.6 Motor Kapasitor star-kapasitor permanen...14 Gambar 2.7. Motor kutub terarsir...15 Gambar 3.1. Medan magnet stator berpulsa sepanjang garis AC... 17 Gambar 3.2. Motor dalam keadaan berputar... 18 Gambar 3.3. Fluks rotor tertinggal terhadap fluks stator sebesar 90 0... 19 Gambar 3.4. Medan silang yang dibangkitkan arus-arus stator... 20 Gambar 3.5. Konsep medan fluksi silang... 21 Gambar 3.6. Konsep medan fluksi silang ganda... 24 Gambar 3.7. Konsep medan fluksi ganda yang disederhanakan... 25 Gambar 3.8. Kurva fluks resultan terhadap θ... 26 Gambar 3.9. Karakteristik Torsi kecepatan motor induksi satu phasa... 28 Gambar 3.10. Rangkaian ekivalen dari motor kapasitor permanen... 30 Gambar 3.11. Rangkaian sederhana ekivalen motor kapasitor permanen... 32 Gambar 3.12. Diagram aliran daya motor induksi satu phasa... 38 Gambar 4.1. Gambar pendekatan rangkaian ekialen dengan rotor tertahan...41 Gambar 4.2. Gambar kurva torsi kecepatan untuk berbagai disain motor induksi..44
Gambar 4.3. Gambar Pendekatan rangkaian ekivalen pada beban nol dengan s 0..45 Gambar 4.4. Gambar pengujian rotor tertahan...47 Gambar 4.5. Gambar rangkaian pengujian tahanan belitan utama...49 Gambar 4.6. Gambar rangkaian pengujian tahanan belitan bantu...51 Gambar 4.7. Gambar rangkaian pengujian beban nol...52 Gambar 4.8. Gambar rangkaian pengujian berbeban...54
DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Tabel distribusi empiris dari Xbr...42 Tabel 7.1. Tabel performansi motor pada keadaan nominal motor...62 Tabel 7.2. Tabel performansi motor pada berbagai keadaan beban dan putaran...63