BAB II
MOTOR INDUKSI SATU FASA
II.1. Umum Motor induksi adalah adalah motor listrik bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa. Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.
II.2. Konstruksi Umum Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor induksi tiga fasa, yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor.
Universitas Sumatera Utara
Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit.
Gambar 2.1. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa. Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti stator, kumparan stator, dan alur stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) atau sering disebut dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) atau sering disebut dengan kumparan start.
Universitas Sumatera Utara
Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri dari : inti rotor, kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering digunakan pada motor induksi, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor sangkar (squirrel cage rotor).
II.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa II.3.1. Teori Medan Putar Silang Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 2.2. Belitan rotor
A
Belitan stator
C Gambar 2.2. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.
Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator. Pada setengah periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator berubah-ubah yaitu maksimum pada saat arus maksimum
Universitas Sumatera Utara
dan nol pada saat arus nol serta polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan terjadi hanya sepanjang sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi yang tetap (stationary). Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan sekunder, dalam hal ini adalah kumparan rotor. Karena rotor dari motor induksi satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya
terhubung
singkat, maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut. Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2) adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet rotor dan membentuk kutub-kutub pada permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada momen putar yang dihasilkan pada kedua arah sehingga rotor tetap diam. Dengan demikian, motor induksi satu fasa tidak dapat diasut sendiri dan membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya. Arah putaran
A
D
B
C Gambar 2.3. Motor Dalam Keadaan Berputar
Universitas Sumatera Utara
Misalkan sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan memutar secara manual (dengan tangan) atau
dengan rangkaian bantu.
Konduktor-konduktor rotor akan memotong medan magnet stator sehingga timbul gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar searah jarum jam. Jika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.3 mengarah ke atas sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah keluar kertas pada setengah bagian atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian bawah rotor. Pada setengah periode berikutnya arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor rotor terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka arus rotor yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik rotor mendekati 90o.
Gambar 2.4 menunjukkan
hubungan fasa dari arus dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor. Tegangan induksi rotor
I, V, φ
Fluks dan arus stator Fluks dan arus rotor
ωt 90
Gambar 2.4. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90°
Universitas Sumatera Utara
Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 karena medan rotor ini terpisah sebesar 90o dari medan stator, maka disebut sebagai medan silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.5, terjadi pada saat seperempat periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan oleh suatu gaya gerak listrik bolakbalik maka medan magnet yang dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang sumbu DB (lihat Gambar 2.5).
A Arah putaran
D
B
C Gambar 2.5. Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Stator
Karena medan silang beraksi pada sudut 90o terhadap medan magnet stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o terhadap medan stator, kedua medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang berputar dengan kecepatan sinkron yang ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Universitas Sumatera Utara
φ φr
φs
ωt
a
b
d
c
Φr = ΦR
e
Φs
Φr
a
i
h
ΦR
Φs = Φ R
Φr = ΦR
Φs
ΦR
d
c
b
Φr
ΦR
g
f
e
Φs Φs = Φ R
Φs
ΦR
f
g
Φr
h
Φr = ΦR i
Gambar 2.6. Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor. II.3.2. Teori Medan Putar Ganda Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam arah yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya sama dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan.
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.7.a menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai nilai maksimum φ m . Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang sama yaitu φ m /2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum jam, seperti ditunjukkan anak panah. y
y
y
A
A
A= B=
/2
m
m/2
+
+
m
/2
m
sin
/2
m
B
y
B y
y
(a)
m
(b)
(c) y
y
B
-
A m
B A y
y
(d)
(e)
Gambar 2.7. Konsep Medan Putar Ganda. Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut +θ dan –θ seperti pada Gambar 2.7.b, maka besar fluks resultan adalah :
φ = 2 r
φ m2 + φ m2 4
−
2 φ mφ m cos 2θ ................................................(2.1) 2 . 2
φ r = φ m sin θ ( weber ) dimana :
φ r = fluks resultan ( weber ) φ m = fluks maksimum ( weber )
θ
= sudut ruang
Universitas Sumatera Utara
Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.c, sehingga resultan fluksnya sama dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan sebesar -2 x φ m /2 = - φ m , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.d. Setelah tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.e dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai dari fluks resultan digambarkan terhadap θ diantara θ = 0o sampai θ = 360o, maka akan didapat suatu
Fluks
kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8.
0o
90
o
180o
270o 360
o
.
Gambar 2.8. Kurva Fluks Resultan Terhadap θ
Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf) yang terjadi adalah :
sf =
ns − nr = s ……………………………..........................(2.2) ns
Universitas Sumatera Utara
dimana : ns = kecepatan sinkron ( rpm ) nr = kecepatan putaran rotor (rpm) Sedangkan slip terhadap momen mundur (sb) dengan rotor menentang arah momen putar mundur adalah :
sb =
n s − (− nr ) 2n s − (n s − nr ) = ns ns
sb = 2 − s ………………………………................................(2.3) Masing-masing dari komponen fluks tersebut memotong konduktor rotor sehingga menginduksikan ggl dan pada akhirnya menghasilkan torsi sendiri. Kedua torsi mempunyai arah saling berlawanan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. pada keadaan diam kedua komponen torsi tersebut adalah sama besar, sehingga torsi asut adalah nol. Pada saat motor berputar, besar kedua komponen torsi tersebut tidaklah sama sehingga torsi resultan membuat motor tetap berputar pada putarannya.
Torsi Torsi resultan Torsi arah maju
-ns
0
ns Kecepatan Torsi arah mundur
Gambar 2.9. Karakteristik Torsi - Kecepatan Motor Induksi Satu Fasa
Universitas Sumatera Utara
II.4. Jenis-Jenis Motor Induksi Satu Fasa Cara paling mudah untuk menjalankan motor induksi satu fasa adalah dengan menambahkan sebuah kumparan bantu pada kumparan utama di bagian stator sehingga motor dapat dijalankan. Jika dua kumparan terpisah 90o listrik pada stator motor dan eksitasi dengan dua ggl bolak-balik yang berbeda fasa sebesar 90o listrik, dihasilkan medan magnet putar. Jika dua kumparan terpisah demikian dihubungkan paralel ke suatu sumber fasa, medan yang dihasilkan akan bolak-balik, tetapi tidak berputar Karena kedua kumparannya ekivalen dengan satu kumparan fasa. Akan tetapi, jika suatu impedansi dihubungkan seri dengan salah satu kumparan ini, arusnya akan berbeda fasa. Dengan pemilihan impedansi yang cocok, arus dapat dibuat agar berbeda fasa sampai 90o listrik, sehingga menghasilkan medan putar sama seperti medan dari motor dua fasa. Inilah prinsip dari pemisahan fasa (phase splitting). Pada keadaan berputar, motor induksi satu fasa dapat menghasilkan momen putar hanya dengan satu kumparan. Sehingga dengan bertambahnya kecepatan motor kumparan bantu dapat dilepas dari rangkaian. Pada kebanyakan motor, hal ini dilakukan dengan menghubungkan sebuah saklar sentrifugal yang bekerja melepaskan hubungan kumparan bantu sistem. Motor induksi satu fasa dikenal dengan beberapa nama. Penerapannya menjelaskan cara-cara yang dipakai untuk menghasilkan perbedaan fasa antara arus yang mengalir pada kumparan utama dan arus yang mengalir pada kumparan bantu.
Universitas Sumatera Utara
II.4.1. Motor Fasa Terpisah Gambar rangkaian motor induksi fasa terpisah ditunjukkan pada Gambar 2.10.a. Kumparan bantu memiliki perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang lebih tinggi daripada kumparan utama, sehingga kedua arus akan berbeda fasa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10.b. Perbandingan tahanan terhadap reaktansi yang tinggi dapat dengan menggunakan kawat yang lebih murni pada kumparan bantu. Hal ini diizinkan karena kumparan bantu hanya dipakai pada saat start. Saklar sentrifugal akan memisahkan dari rangkaian segera setelah dicapai kecepatan sinkron sekitar 70 sampai 80 persen kecepatan sinkron. Karakteristik momen putar vs kecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.10.c. Gambar ini memperlihatkan nilai torsi masing-masing kecepatan motor, mulai dari posisi diam sampai kecepatan nominal, dan seterusnya sampai kecepatan sinkron. Torsi start adalah torsi yang tersedia bila motor mulai berputar dari posisi diam. Torsi beban penuh adalah torsi yang dihasilkan bila motor berputar pada keluaran nominal. Bila beban terus berangsur-angsur diperbesar dari keadaan dimana motor berputar pada keluaran nominal untuk melayani beban dan torsi maksimum dari poros motor yang dapat digunakan dapat dilampaui, maka motor menjadi tidak mampu melayani beban dan berhenti. Nilai maksimum dari torsi dalam hal ini disebut torsi maksimum Tmaks.
Universitas Sumatera Utara
I
Kumparan Bantu
Ia Im
V
V
Kumparan Utama
Rotor
Ia
α Im
I
(a)
(b) Kumparan Bantu dan Kumparan Utama
300
Kumparan Utama
Torsi Maksimum
Persen Torsi
Operasi Saklar Sentrifugal 200
Torsi Start
Torsi Beban Penuh 100
Titik Operasi Kecepatan Sinkron
Kecepatan Beban Penuh 0
25
50
75
100
Persen Kecepatan Sinkron
(c) Gambar 2.10. Motor Fasa Terpisah
II.4.2. Motor Kapasitor Start Konstruksi motor kapasitor start ditunjukkan pada Gambar 2.11a. Untuk mendapatkan
torsi putar awal yang lebih besar, yaitu : dengan cara
menghubungkan sebuah kapasitor yang dipasang secara seri dengan kumparan bantu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.b. Hal ini akan menaikkan sudut fasa antara arus kumparan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.11.c. Karakteristik momen putar-kecepatan putar dari motor ini dapat ditunjukkan pada Gambar 2.11.d. Karena kapasitor dipakai hanya untuk pada saat start, jenis
Universitas Sumatera Utara
kapasitor yang dipakai adalah kapasitor elektrolit. Motor ini menghasilkan momen putar start yang lebih tinggi.
I
Kumparan Bantu
Ia Im
V Kumparan
Rotor
Utama
Saklar Sentrifugal
(a)
(b)
Tmax
Tstart
Operasi Saklar Sentrifugal
V
α
Persen Torsi
Ia
T Beban Penuh
I Im
Kapasitor Start
Kec. Beban Penuh
0
25
50
75
100
Persen Kecepatan Sinkron
(c)
(d)
Gambar 2.11. Motor Kapasitor Start
Universitas Sumatera Utara
II.4.3. Motor Kapasitor Permanen Konstruksi dari motor kapasitor permanen ditunjukkan pada Gambar 2.12a. gambar rangkaian ekivalen motor ini seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12.b. kapasitor dihubungkan seri dengan kumparan bantu dan tidak dilepas setelah pengasutan dilakukan dan tetap tinggal pada rangkaian. Hal ini menyederhanakan konstruksi dan mengurangi biaya serta memperbaiki ketahanan motor karena saklar sentrifugal tidak digunakan. Faktor daya, denyutan momen putar, dan efisiensi akan lebih baik karena motor berputar seperti motor dua fasa. Sudut fasa antar kumparan ditunjukkan pada Gambar 2.12.c. Jenis kapasitor yang digunakan adalah kapasitor kertas. Karakteristik momen putar – kecepatan motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.12.d.
I
Kumparan Bantu
Ia Im
V Kumparan
Rotor
Utama
(a)
(b)
300
Ia
Tmax
α
Persen Torsi
V
200 T start
100 Kecepatan Beban Penuh
I 0
Im
C
25
50 100 75 Persen Kecepatan Sinkron
(c)
(d) Gambar 2.12. Motor Kapasitor Permanen
Universitas Sumatera Utara
II.4.4. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run Motor ini mempunyai dua buah kapasitor, satu digunakan pada saat start dan satu lagi digunakan pada saat berputar, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13.a. Secara praktis keadaan start dan berputar yang optimal dapat diperoleh dengan menggunakan dua buah kapasitor elektrolit. Kapasitor Run secara permanen dihubungkan seri dengan kumparan bantu dengan nilai yang lebih kecil dan dipakai kapasitor kertas. Sudut fasa antar kumparan sama seperti pada motor kapasitor permanen seperti pada Gambar 2.13.b. Karakteristik momen putarkecepatan dari motor ini ditunjukkan pada Gambar 2.13.c.
I
Ia
Kumparan Bantu
Ia
Im
V
V
C Start
Kumparan Utama
Rotor
C Run
α I
S Im
(a)
(b)
Tmax
Persen Torsi
Tstart
Operasi Saklar Sentrifugal
T Beban Penuh
Kec. Beban Penuh
25
50 100 75 Persen Kecepatan Sinkron
(c) Gambar 2.13. Motor Kapasitor Start – Kapasitor Run
Universitas Sumatera Utara
II.4.5. Motor Shaded Pole Motor ini mempunyai kutub tonjol dan sebagian dari masing-masing kutub dikelilingi oleh lilitan rangkaian terhubung singkat yang terbuat dari tembaga yang disebut kumparan terarsir seperti pada Gambar 2.14.a. Arus imbas yang terdapat pada kumparan yang terarsir menyebabkan fluksi yang berada pada bagian lain. Hasilnya seperti medan putar yang bergerak dalam arah dari daerah kutub yang tidak terarsir ke bagian kutub yang terarsir dan menimbulkan momen putar saat dihidupkan yang kecil. Karakteristik motor shaded pole ditunjukkan pada Gambar 2.14.b.
Persen Torsi
Kutub Terarsir
Rotor
200
Tmax T Beban Penuh
100 Kec. Beban Penuh
T start
0
Kumparan Utama
25
50 100 75 Persen Kecepatan Sinkron
(a)
(b)
Gambar 2.14. Motor Shaded Pole
II.5. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa Konsep medan putar ganda pada motor induksi satu fasa menjelaskan bahwa fluks yang dihasilkan ekivalen dengan dua buah fluks yang mempunyai besar yang sama dan berputar dalam arah yang berlawanan pada kecepatan sinkron. Masing-masing fluks ini akan mengimbaskan komponen arus rotor dan menghasilkan gerak motor induksi seperti pada motor induksi fasa banyak.
Universitas Sumatera Utara
Hal yang sederhana dan penting bahwa motor induksi ini hanya beroperasi pada kumparan utama.
II.5.1. Pada Keadaan Diam Pada saat keadaan diam, jika rangkaian stator dihubungkan dengan tegangan satu fasa, maka motor induksi dapat dinyatakan sebagai transformator dengan kumparan sekunder terhubung singkat. Rangkaian motor induksi satu fasa tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.15. I1
R1
X1
X2
I2 Im
Rc
V
Xm
R2
Gambar 2.15. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa
Dengan menggunakan konsep medan putar fluks yang dihasilkan kumparan stator dapat dipecah menjadi dua bagian yaitu : medan putar maju dan medan putar mundur. Kedua medan putar ini akan mengimbaskan ggl pada kumparan rotor sehingga tahanan dan reaktansi pada kumparan rotor diekivalenkan masing-masing adalah setengah dari nilai tahanan dan reaktansi kumparan rotor sesungguhnya, yaitu R2/2 dan X2/2 seperti yang terlihat pada Gambar 2.16 .
Universitas Sumatera Utara
I1
R1
X1
0,5 X2
If Imf
Rc
Xm
0,5 Zf
V
0,5 R2
Medan maju
0,5 R2
Medan mundur
0,5 X2
Ib Imb
0,5 Zb
Rc
Xm
Gambar 2.16. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Diam
II.5.2. Pada Saat Beroperasi Pada saat kecepatan motor induksi mulai bertambah dan bekerja hanya pada kumparan utama. Pada arah medan maju menggunakan slip s, arus rotor yang diimbaskan medan maju mempunyai frekuensi s.f, dimana f adalah frekuensi stator. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak maju pada kecepatan slip. Fluks ini akan membangkitkan ggl dengan arah maju pada kumparan utama stator. Pangaruh pada rotor jika dilihat dari sisi stator dapat dinyatakan sebagai suatu impedansi sebesar 0,5 R2/s + j 0,5 X2 paralel dengan Xm dan Rc. Seperti yang terlihat pada Gambar 2.17 dengan menggunakan simbol f. Pada arah medan putar mundur, rotor tetap bergerak dengan slip s berpatokan pada medan maju dan besarnya kecepatan putar medan maju adalah n = 1 – s……………………………………..............................(2.4)
Universitas Sumatera Utara
Kecepatan relatif dari rotor dengan berpatokan pada medan mundur adalah 1+ n, Atau besarnya slip terhadap medan mundur adalah : 1 + n = 2 – s……………………………………......................(2.5) Selanjutnya medan mundur mengimbaskan arus rotor dengan frekuensi (2 – s)f. Arus rotor ini akan menghasilkan fluks yang bergerak mundur. Fluks ini akan mengimbaskan ggl pada medan mundur kumparan stator. Pengaruh tersebut dapat diperlihatkan pada Gambar 2.17. I1
R1
X1
0,5 X2
If Imf
Rc
Xm
0,5 Zf
V
0,5 R2/s
Medan maju
0,5 X2
Ib Imb
0,5 Zb
Rc
Xm
0,5 R2/sm =0,5 R2/(2-s)
Medan mundur
Gambar 2.17. Motor Induksi Satu Fasa Dalam Keadaan Beroperasi
Dengan menggunakan rangkaian ekivalen di atas, kita dapat menghitung arus stator, arus rotor, daya masukan, dan faktor daya untuk sembarang harga slip apabila tegangan yang diberikan dan impedansi motor diketahui.
Universitas Sumatera Utara
Dari rangkaian di atas, didapat : Zm =
Rc . jX m
( Ω )........................................................(2.6)
Rc + jX m
Zf = Rf + jXf =
Zb = Rb + jXb =
( R2 / s + jX 2 ) 0,5 Z m ( R2 / s + jX 2 ) + 0,5 Z m
( Ω ).........................(2.7)
( R2 / (2 − s ) + jX 2 ) 0,5 Z m ( R2 / (2 − s ) + jX 2 ) + 0,5Z m
( Ω ).…............(2.8)
Dan I1 =
V1 R1 + jX 1 + 0,5Z f + 0,5Z b
( Ampere )................................(2.9)
Dimana : R1
= Resistansi kumparan stator
R2
= Resistansi kumparan rotor
X1 = Reaktansi bocor kumparan stator X2 = Reaktansi bocor kumparan rotor Xm = Reaktansi pemagnetan Rc
= Tahanan inti tembaga
Zm = Impedansi pemagnetan I1
= Arus pada kumparan stator
Universitas Sumatera Utara
II.6 KAPASITOR II.6.1 Umum Kapasitor adalah suatu alat untuk menyimpan muatan dan energi. Konstruksi kapasitor umumnya terdiri dari dua buah konduktor yang berdekatan namun dipisahkan oleh dielektrik. Kapasitansi
kapasitor
adalah
suatu
kemampuan
kapasitor
untuk
menyimpan muatan. Misalkan Q coulumb adalah besar muatan yang diberikan pada dua keping sejajar dan jika V adalah beda potensial antara kedua keping sejajar tersebut, maka kapasitansinya adalah :
C= dimana :
Q V
……………......................………….(2.10)
C = Kapasitansi Kapasitor ( Farad ) Q = Muatan ( Coulumb ) V = Beda Potensial ( Volt )
Kapasitansi bergantung semata-mata pada susunan geometris konduktor kapasitansi dari kapasitor keping sejajar adalah :
C=
Q εA = s V
……………………….....................(2.11)
ε = ε0 εr Dimana :
ε 0 = permitivitas ruang hampa ( 8,85 X 10 F/m ) ε r = permitivitas bahan isolasi konduktor A = luas permukaan konduktor ( m2 ) s = jarak antar kedua konduktor ( m )
Universitas Sumatera Utara
II.6.2 Kapasitor Elektrolit Suatu kapasitor elektrolit digunakan dimana sejumlah besar kapasitansi diperlukan. Seperti dalam nama yang tersirat, suatu kapasitor elektrolit berisi suatu asam aki (elektrolit). Elektrolit ini dapat dalam wujud suatu cairan kapasitor elektrolit basah dan kering. Suatu kapasitor elektrolit kering berisi dua plat metal utama yang dipisahkan oleh elektrolit. Kapasitor ditempatkan di dalam suatu aluminium container silindris seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18. Nilai kapasitansi (X) dan tegangan rating dari kapasitor biasanya dicetak dalam sisi aluminium.
Gambar 2.18 Kapasitor Elektrolit Yang Dipakai Pada Motor Kapasitor Start
Secara internal, kapasitor elektrolit dibangun dengan cara yang sama dengan kapasitor kertas/paper. Plat positif terdiri dari aluminium kertas perak yang ditutup dengan suatu lapisan oksida yang tipis. Film oksida yang tipis ini dibentuk oleh suatu proses electrochemical yang bertindak sebagai dielektrikum untuk kapasitor itu. Selanjutnya dalam hubungan dengan oksida adalah suatu potongan kain kasa/kabut tipis atau paper/kertas yang mana telah diliputi dengan suatu lekatan elektrolit. Elektrolit bertindak sebagai plat negatif dari kapasitor itu. Suatu potongan aluminium kedua melawan terhadap elektrolit untuk menyediakan
Universitas Sumatera Utara
kontak listrik ke elektroda negatif (elektrolit). Ketika ketiga lapisan berada pada tempatnya, maka ketiga lapisan tersebut digulung ke dalam suatu silinder seperti yang ditunjukkan di dalam Gambar 2.19
Gambar 2.19 Konstruksi Dari Kapasitor Elektrolit Dan Kertas
Hal ini memberikan arti bahwa bentuk plat positif dapat secara kebetulan dihubungkan kepada terminal negatif ke sumber, dielektrikum oksida film yang tipis akan terpisah dan kapasitor akan menjadi suatu konduktor (terhubung singkat). Polaritas dari terminal secara normal dapat ditandai pada kapasitor itu. Karena suatu kapasitor elektrolit polaritasnya sensitif, penggunaanya biasanya terbatas untuk suatu sirkit dc atau untuk suatu sirkit dimana suatu tegangan arus bolak-balik kecil dilapiskan pada suatu tegangan dc. Khusus kapasitor elektrolit tersedia untuk aplikasi arus bolak-balik tertentu, seperti motor kapasitor starting. Kapasitor elektrolit kering berubah-ubah di dalam ukurannya dari sekitar 4 mikrofarad sampai ribuan mikrofarad dan mempunyai suatu kemampuan tegangan kerja kira-kira 500 volt.
Universitas Sumatera Utara
II.7 SAKLAR SENTRIFUGAL Saklar
sentrifugal adalah
sebuah saklar
listrik
yang
beroperasi
menggunakan kekuatan sentrifugal yang diperoleh dari sebuah batang poros yang berputar, yang umum digunakan dari suatu motor listrik. Saklar dirancang untuk mengaktifkan atau menonaktifkan sebagai fungsi yang menyangkut kecepatan pemutaran pada batang poros tersebut.
Gambar 2.20 Saklar Sentrifugal.
Penggunaan yang paling umum dari saklar sentrifugal adalah di dalam phasa tunggal, motor induksi phasa belah (split-phase induction motor) dan motor kapasitor start. di sini, saklar digunakan untuk memutuskan rangkaian belitan bantu (starting) dari motor ketika motor mendekati putaran nominalnya. Dalam hal ini saklar sentrifugal terdiri dari anak timbangan yang menjulang kepada batang poros dari motor dan memegang dekat batang dengan kekuatan lompatan (spring force). Pada posisi diam, pengungkit berkait dengan anak timbangan sehingga membuat suatu geseran rendah, lapisan non-konduktif melawan terhadap satu set kontak elektrik yang menjulang kepada badan motor, menutup kontak dan menghubungkan belitan bantu (starting) ke sumber. Ketika motor mencapai suatu
Universitas Sumatera Utara
kecepatan mendekati kecepatan operasi yang normalnya sekitar 75 % dari kecepatan sinkron, gaya sentrifugal memaksa gaya spring dan anak timbangan mengayun ke luar, mengangkat plat lapisan menjauh dari kontak listrik. Sehingga menggerakkan kontak untuk membuka dan memutuskan belitan bantu dari sumber. Gambar dari saklar sentifugal ditunjukkan pada Gambar 2.20.
Gambar 2.21 Posisi Letak Dari Saklar Sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
