ANALISIS KARAKTERISTIK TORSI DAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA KONDISI OPERASI SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASITOR (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 : ANTONIUS P. NAINGGOLAN NIM : 060402069 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
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 performansi yang terjadi pada motor tersebut. Perbedaan ini dipengaruhi oleh bentuk rangkaian pengoperasiannya maupun komponen tambahan yang digunakan untuk merubah bentuk rangkaian motor induksi tiga fasa yaitu berupa kapasitor. Pada Tugas Akhir 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 1,5 KW rotor sangkar dengan kapasitor 20 μμf untuk beban 20%, 40% dan 60% dihasilkan torsi sebesar 2,75 Nm, 2,95 Nm dan 3,24 Nm. Sedangkan untuk putaran motor induksi tiga fasa untuk beban 20%, 40% dan 60% sebesar 1400 rpm, 1380 rpm dan 1350 rpm. i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang berjudul: ANALISIS KARAKTERISTIK TORSI DAN PUTARAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA KONDISI OPERASI SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASITOR Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik. Selama menjalani proses pendidikan dan menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus kepada: 1. Kedua Orang tua saya yang tercinta, Bapak S. Nainggolan dan Ibu N. Br. Rumahorbo, serta kepada abang dan kakak saya yang selalu memberi dukungan, doa, dan kasih sayang kepada saya. 2. Bapak Ir. Eddy Warman, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Hendra Zulkarnain selaku dosen wali penulis, atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan. 4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT, selaku Sekretaris ii
Departemen Teknik Elektro FT-USU yang telah membimbing dalam menyelesaikan perkuliahan saya. 5. Seluruh Staf pengajar dan pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 6. Kepada teman teman stambuk 2006 Teknik Elektro USU atas bantuan dan juga motivasinya. 7. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih memiliki banyak kekurangan. Kritik dan saran dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Desember 2012 Penulis iii
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... viii 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 Fasa... 6 2.3. Jenis Motor Induksi Tiga Fasa... 7 2.3.1. Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai... 7 2.3.2. Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan... 8 2.4. Medan Putar... 9 2.4.1. Analisis Secara Vektor... 11 iv
2.5. Slip... 12 2.6. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa... 13 2.7. Frekuensi Rotor... 15 2.8. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi... 16 BAB III. PARAMETER MOTOR INDUKSI TIGA FASA DAN TORSI MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA OPERASI SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASITOR 3.1. Parameter Motor Induksi Tiga Fasa... 23 3.1.1. Percobaan DC... 23 3.1.2. Percobaan Beban Nol... 26 3.1.3. Percobaan Rotor Tertahan... 28 3.2. Komponen Simetris... 30 3.2.1. Operator Komponen Simetris... 32 3.2.2. Mencari Nilai Komponen Simetris... 34 3.3. Pengoperasian Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi Satu Fasa Dengan Penambahan Kapasitor... 35 3.3.1. Analisis Rangkaian Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi Satu Fasa Dengan Penambahan Kapasitor... 35 3.3.2. Rangkaian Urutan Positif Dan Rangkaian Urutan Negatif... 38 3.4. Torsi Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi Satu Fasa Dengan Penambahan Kapasitor... 40 v
BAB IV. PENGUJIAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA KONDISI OPERASI SATU FASA DENGAN PENAMBAHAN KAPASITOR 4.1. Umum... 41 4.2. Peralatan Yang Digunakan... 41 4.3. Percobaan Untuk Mendapatkan Parameter Parameter Motor Induksi Tiga Fasa... 42 4.3.1. Percobaan Tahanan DC... 42 4.3.2. Percobaan Rotor Tertahan... 44 4.3.3. Percobaan Beban Nol... 48 4.3.4. Percobaan Berbeban Motor Induksi... 51 4.4. Percobaan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi Satu Fasa Dengan Penambahan Kapasitor... 56 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 70 5.2. Saran... 70 DAFTAR PUSTAKA... 71 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa... 6 Gambar 2.2. Rotor Sangkar dan Bagian- bagiannya... 7 Gambar 2.3. Cincin Slip... 8 Gambar 2.4. Rotor Belitan Motor Induksi 3 Fasa... 9 Gambar 2.5.a. Kumparan a a; b b; c c Dihubungkan 3 Fasa... 10 Gambar 2.5.b. Arus Tiga Fasa Seimbang... 10 Gambar 2.5.c. Medan Putar Pada Motor Induksi Tiga Fasa... 10 Gambar 2.6. Arah Fluks Yang Ditimbulkan Oleh Arus Yang Mengalir Dalam Suatu Lingkar... 11 Gambar 2.7. Diagram Vektor Untuk Fluks Total Pada Keadaan t 1, t 2, t 3, t 4... 12 Gambar 2.8. Rangkaian Ekivalen Stator Motor Induksi... 16 Gambar 2.9. Rangkaian Ekivalen Pada Rotor Motor Induksi... 20 Gambar 2.10. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa... 20 Gambar 2.11. Rangkaian Ekivalen Dilihat Dari Stator Motor Induksi... 21 Gambar 3.1. Rangkaian Fasa Stator Saat Pengukuran DC Hubungan Y... 24 Gambar 3.2. Rangkaian Fasa Stator Saat Pengukuran DC Hubungan... 24 Gambar 3.3. Rangkaian Fasa Stator Saat Pengukuran DC Hubungan... 25 Gambar 3.4. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa... 27 Gambar 3.5. Rangkaian Ekivalen Pada Saat Beban Nol... 27 Gambar 3.6. Rangkaian Ekivalen Pada Saat Rotor Tertahan... 29 Gambar 3.7. Tiga Himpunan Fasor Seimbang Yang Merupakan Komponen Simetris Dari Tiga Fasor Tidak Seimbang... 32 vii
Gambar 3.8. Belitan Stator Dengan Penambahan Kapasitor... 36 Gambar 3.9 Rangkaian Urutan Motor Induksi... 38 Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Tahanan DC Pada Stator... 42 Gambar 4.2. Gambar Rangkaian Percobaan Rotor Tertahan... 45 Gambar 4.3. Rangkaian Percobaan Beban Nol... 48 Gambar 4.4. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor Induksi... 51 Gambar 4.5. Rangkaian Percobaan Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi Satu Fasa Dengan Penambahan Kapasitor... 56 Gambar 4.6. Grafik Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Torsi Motor Induksi... 68 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Penambahan Beban Terhadap Putaran Motor Induksi... 69 viii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Distribusi Empiris Dari X br... 30 Tabel 3.2 Fungsi Operator a... 33 Tabel 4.1. Data Hasil Percobaan Tahanan DC Pada Belitan Stator... 43 Tabel 4.2. Data Hasil Percobaan Rotor Tertahan... 46 Tabel 4.3. Data Hasil Percobaan Beban Nol... 49 Tabel 4.4. Data Hasil Percobaan Berbeban Motor Induksi... 52 Tabel 4.5. Data Hasil Pengujian Motor Induksi Tiga Fasa Pada Kondisi Operasi satu fasa Dengan Penambahn Kapasitor... 57 Tabel 4.6. Perbandingan analisis data antara percobaan pada kondisi normal tiga fasa terhadap operasi pada sistem tenaga satu fasa... 68 ix