Suatu Transaksi Penilaian Metoda untuk Alokasi Transmisi

RANCANG BANGUN RANGKAIAN KONTROL MOTOR INDUKSI TIGA
FASA 1,1 KW MENJADI SATU FASA DENGAN INJEKSI KAPASITOR DAN
PENGHANTAR NETRAL
Suratno
Dosen Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Samarinda, Samarinda
Email : suratnopolnes @ gmail.com
Abstrak - Paper ini menyajikan suatu metoda perubahan motor tiga phasa menjadi motor satu phasa dengan injeksi
capasitor serta penghantar netral saat sumber tiga phasa hilang satu atau dua phasa. Dengan menyajikan rangkaian
sederhana maka motor akan selalu dapat dijalankan pada saat sumber tegangan normal maupun pada saat mengalami
gangguan hilang satu atau dua phasa. Metoda yang disajikan ini telah diuji dengan percobaan menggunakan motor
Induksi tiga phasa dengan daya 1,1 KW. Metoda cocok digunakan pada motor dengan pembebanan ringan seperti
kompresor, blower dan beban-beban ringan lainnya.
Kata kunci: Motor induksi 3 phasa, motor induksi 1 phasa dan kapasitor.
1. PENDAHULUAN
Kapasitor
Merek kapasitor : Matrix
Ukuran
: 35,0 uF/MFD
Tegangan kerja : 450 VAC
Frekuensi
: 50-60 Hz
Suhu kerja
: -400 - 900
Dasar motor induksi tiga phasa dapat berputar adalah
dengan adanya susunan belitan stator yang diatur
sedemikian rupa sehingga masing-masing belitan
membentuk sudut 1200 listrik yang diinjeksi dengan
sumber tegangan tiga phasa, sedangkan dasar motor
induksi satu phasa dapat berputar adalah adanya
perbedaan sudut antara belitan utama dengan belitan
bantu. Pada paper ini perbedaan sudat dilakukan dengan
menggunakan Kapasitor.
Pada gambar 1 menunjukkan bahwa kondisi darurat
memungkinkan motor tiga phasa, bisa dioperasikan
dengan supply tegangan satu phasa. Terminal motor
dihubungkan secara segitiga, yaitu terminal U1 dikopel
W2, V1 dikopel U2, W1 dikopel V2, dan ditambahkan
kondensator sebagai penggeser phasa. Untuk
mendapatkan putaram ke kanan kondensator
disambungkan terminal U1 dan W1, sedangkan untuk
putaran kekiri kondensator disambungkan terminal V1
dan W1.
Gambar 1. Motor Tiga Phasa
2. DASAR TEORI
2.1 Data Percobaan
Motor Listrik
Pabrik pembuat : Carpanelli
Negara pembuat : Bologna, Italy
Tipe
: M80B2
Jenis motor
: motor 3 fasa
Hubungan belitan : start-delta
Daya motor
: 1,5 HP/ 1,1 kW
Tegangan
: 380/660 V
Arus
: 2,44/1,44 A
Frekuensi
: 50 Hz
Putaran motor
: 2830 rpm
2.2 Metoda Injeksi Kapasitor dan penghantar
netral
Pada saat sumber 3 phasa normal maka motor akan
berjalan normal yaitu sebagai motor induksi 3 phasa,
ketika sumber tiga phasa mengalami gangguan hilang 1
phasa atau hilang 2 phasa maka motor akan berjalan
menjadi motor 1 phasa dengan bantuan kapasitor dan
penghantar netral. Dalam hal ini motor berjalan menjadi
motor 1 phasa dengan suplai dengan tegangan 220 Volt.
107
JUST TI, Volume 9, Nomor 2, Juli 2017: 107-111
Karena di pasaran tidak ada kapasitor ukuran 51,5 uF,
sehingga kapasitas kapasitor yang digunakan adalah
ukuran 50 uF.
Dari kapasitor yang didapat, maka dapat di hitung nilai
(VC) dan (IC) sebagai berikut ini :
3. Perancangan dan Pembahasan
3.1. Perhitungan Kapasitor Sebagai Start dan
Running Motor
Bila ingin menggunakan kapasitor sebagai start dan
runing motor induksi tiga fasa dalam sistem tenaga satu
fasa, maka harus mengetahui terlebih dahulu tegangan
dan arus nominal pada nameplate motor induksi tiga
fasa.
Motor induksi tiga fasa belitannya di hubung delta,
baik untuk pengoprasian dalam sistem tenaga tiga fasa
ataupun satu fasa. Berikut spesifikasi yang tertera pada
namplate motor induksi tiga fasa 1,1 kW:
IC
=
VC
1.
Dengan hubungan delta, maka arus nominal (I3fasa)
motor induksi tiga fasa sebesar 2,44 Ampere dan
tegangan suplai (V3fasa) sebesar 380 Volt. Berikut
perhitungan mencari nilai kapasitor untuk start dan
runing motor induksi tiga fasa dalam sistem tenaga satu
fasa.
ɳ
=
=
=
Pout
Pin
Pout
ɳ
1119
80%
(Pin),
x 100%
di
ω x C x 𝑉3fasa 2
(√3 x Sin θ) x V3fasa
314 x 5.15 x 10−5 x 2202
(√3 x 0.49) x 380
= 2.42 A
Tegangan
= 380/660 Volt
a. Arus
= 2,44/1,4 A
b. Frekuensi
= 50 Hz
c. Putaran = 2830 RPM
d. Daya
= 1,1 kW/ 1,5 HP
Perhitungan daya masuk
efisiensinya (ɳ) = 80 % :
=
=
𝑉1𝑓𝑎𝑠𝑎
√3 x Sin θ
220
=
√3 𝑥 0.49
= 259.22 V
Besar
daya
reaktif
(VARC)
disumbangkan oleh kapasitor C adalah
VARC = IC x VC
= 2.42 x 259.22
= 627.31 VAR
3.2 Rangkaian Kontrol Motor
asumsikan
Pin
x 100%
x 100%
Gambar 2a. Rangkaian Kontrol Motor
= 1398.75 Watt
Perhitungan Cos φ untuk motor induksi tiga fasa 1,1
kW adalah
Pin
Cos φ =
√3 x V3fasa x I3fasa
1398.75
=
√3 x 380 x2.44
= 0.87
Cos φ = 0,87, sehingga φ = Cos-1 0,87 = 29.54
Apabila motor induksi tiga fasa mempunyai daya aktif
masuk (Pin3fasa) dengan faktor daya (Cos φ’), maka
motor induksi pada tegangan (V3fasa) dan arus (I3fasa)
mempunyai daya raktif VAR3ph = √3 . V. I. Sin φ. Dan
bila diinginkan kapasitor ‘C’ yang digunakan
mempunyai daya reaktif yang sama dengan motor
induksi tiga fasanya, maka akan diperoleh :
C
=
Gambar 2b. Rangkaian Kontrol Motor
Pin3fasa x tan θ
2 x π x f x V1ph2
1398.75 x 0.56
=
2 x 3.14 x 2202
= 5.15 x 10-5 F
= 51.5 x 10-6 F
51.5 x 10-6 F = 51.5 x 10-6 x 106 uF = 51.5 uF
Gambar 2c. Rangkaian Kontrol Motor
108
yang
Suratno, Rancang Bangun Rangkaian Kontrol Motor Induksi Tiga Fasa 1,1 KW Menjadi
Satu Fasa dengan Injeksi Kapasitor Dan Penghantar Netral
tegangan fasa S masuk dari anak kontak “NO” Timer
(KT5) dan anak kontak bantu “NC” Timer (KT3)
melalui MCB 1 fasa (MCB15). Tegangan fasa S akan
mengerjakan timer (KT14) melalui anak kontak “NO”
relay (K11). Dengan bekerjanya timer (KT14), maka
tegangan fasa S dari anak kontak “NO” relay (K11) akan
menuju ke terminal belitan motor U1 melauli anak
kontak “NO” relay (K11) dan anak kontak “NO” Timer
(KT14). Dan nertal dari sumber juga akan terhubung ke
terminal belitan W1 motor melalui anak kontak “NO”
timer (KT14).
Pada gambar 2a, 2b, dan 2c menunjukkan rangkaian
kontrol motor.
3.3 Diskripsi Kerja
Pada saat keadaan normal disuplai dengan suplai
tegangan 3 fasa, lalu hilang satu atau dua fasanya, maka
rangkain kontrol akan berubah ke suplai tegangan satu
fasa dan netral dengan kapasitor. Jika beberapa waktu
kemudian suplai tegangan tiga fasa kembali normal.
Maka rangkaian kontrol ini akan bekerja kembali ke
posisi normal dengan suplai tegangan tiga fasa.
Hilangnya fasa R juga akan terdeteksi oleh
relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal
berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa R, maka akan
berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan
menghentikan kerja Kontakor (K24) jika fasa R hilang.
Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan menghubungkan
kapasitor dari terminal belitan V1 ke terminal belitan
W1 motor induksi tiga fasa melalui anak kontaknya
“NC”. Maka motor induksi tiga fasa pun beroperasi
dengan suplai tegangan satu fasa S dan netral dengan
kapasitor.
Keadaan Normal
Sambungkan kabel suplai R,S,T dan Netral
dari panel ke sumber suplai 3 fasa R,S,T dan Netral.
Pastikan urutan fasa tidak tertukar.
Tekan tombol Emergency. Kemudian nyalakan
MCB tiga untuk uji coba kehilangan fasa/ MCB tiga fasa
untuk mengamankan PFR (Phase Failure Relay) pada
posisi On. Selanjutnya nyalakan MCB 3 Fasa pada
sumber suplai ke posisi On. Timer KT3, KT5 dan KT7
akan bekerja dan lampu indikator tiga fasa pada pintu
panel akan menyalah. Kemudian nyalakan juga MCB 1
Fasa untuk kontrol rangkaian Daya 3 Fasa (MCB24) dan
1 Fasa MCB15 pada On. Maka kontaktor KT33 akan
bekerja.
Nyalakan MCB daya tiga fasa (MCB41).
Kemudian putar tombol emergency ke kanan.
Selanjutnya tekan tombol opration on (S24g). Dengan
menekan tombol opration on ini, maka kontaktor (K24)
akan bekerja dan motor (M34) akan beroperasi pada
sistem tenaga tiga fasa. Motor (M24) beroprasi dalam
hubungan DOL (Direct On Line).
Tekan tombol off (S24d), maka kontaktor
(K24) akan berhenti bekerja dan motor akan berhenti
beroperasi.
Apabila sewaktu-waktu terjadi kegagalan operasi pada
rangkaian kontrol atau motor, maka tekan tombol
emergency. Hal ini akan menghentikan kerja rangkaian
kontrol dan motor.
Pada saat tegangan fasa R kembali ada. Timer
(KT3) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya
relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari
teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer
(KT14). Untuk relay PFR akan kembali normal dengan
menyalahnya lampu indikator menjadi hijau, tetapi anak
kontak mempunyai jeda untuk kembali ke posisi normal.
Jeda tersebut mengakibatkan motor berhenti dan relay
(K26) bekerja. Anak kontak “NO” relay (K26)
mengerjakan timer (KT28). Anak kontak “NO” timer
(KT28) mengerjakan kontaktor (K31). Bekerjanya timer
(KT28) dan kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa
R dari MCB (MCB24). Suplai tegangan fasa R dari
MCB (MCB24) juga mengerjakan timer (KT33).
Ketika kontaktor (K31) bersamaan dengan
anak kontak PFR kembali ke posisi normal, akan
mengerjakan kontaktor (K24) dengan suplai tegangan
fasa R melalui anak kontak “NO” kontaktor (K31).
Anak kontak kontaktor (K31) akan mengunci anak
kontak “NO” kontaktor (K24). Perpindahan ini terjadi
pada selang sekitar 0,45 detik. Dengan begini motor
induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai tiga fasa
kembali.
Kehilangan Satu Fasa
Operasikan rangkaian kontrol seperti keadaan
normal. Tekan tombol opration on (S24g). Maka
kontaktor (K24) akan bekerja dan motor induksi tiga
fasa akan beroperasi dengan sistem tenaga tiga fasa.
Di dalam beroperasi motor induksi tiga fasa
tiba-tiba kehilangan salah satu fasa yang menyuplainya,
apapun fasa yang hilang R, S, maupun T. Rangkaian
kontrol akan bekerja merubah suplai motor induksi tiga
fasa dari suplai tegangan tiga fasa ke supalai tegangan
satu fasa dengan kapasitor.
Hilang Fasa S
Apabila hilang tegangan Fasa S. Lampu
indikator fasa S akan padam, Timer (KT5), dan motor
induksi tiga fasa berhenti beroparsi, maka Relay (K11)
akan bekerja. Hal ini karena ada tegangan fasa T masuk
dari anak kontak “NO” Timer (KT7) dan anak kontak
bantu “NC” Timer (KT5) melalui MCB 1 fasa
(MCB15). Tegangan fasa T akan mengerjakan timer
(KT14) melalui anak kontak “NO” relay (K11). Dengan
Hilang Fasa R
Apabila hilang Fasa R. Lampu indikator fasa R
akan padam, Timer (KT3), timer (KT33) akan berhenti
bekerja dan motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi,
maka Relay (K11) akan bekerja. Hal ini karena ada
109
JUST TI, Volume 9, Nomor 2, Juli 2017: 107-111
bekerjanya timer (KT14), maka tegangan fasa T dari
anak kontak “NO” relay (K11) akan menuju ke terminal
belitan motor U1 melauli anak kontak “NO” relay
(K11) dan anak kontak “NO” Timer (KT14). Dan nertal
dari sumber juga akan terhubung ke terminal belitan W1
motor melalui anak kontak “NO” timer (KT14).
Hilang Fasa T
Apabila hilang tegangan Fasa T. Lampu
indikator fasa T akan padam, Timer (KT7) berhenti
bekerja, dan motor induksi tiga fasa berhenti beroparsi,
maka Relay (K11) akan bekerja. Hal ini karena ada
tegangan fasa R masuk dari anak kontak “NO” Timer
(KT3) dan anak kontak bantu “NC” Timer (KT7)
melalui MCB 1 fasa (MCB15). Tegangan fasa R akan
mengerjakan timer (KT14) melalui anak kontak “NO”
relay (K11). Dengan bekerjanya timer (KT14), maka
tegangan fasa R dari anak kontak “NO” relay (K11)
akan menuju ke terminal belitan motor U1 melauli anak
kontak “NO” relay (K11) dan anak kontak “NO” Timer
(KT14). Dan nertal dari sumber juga akan terhubung ke
terminal belitan W1 motor melalui anak kontak “NO”
timer (KT14).
Hilangnya fasa R juga akan terdeteksi oleh
relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal
berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa S, maka akan
berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan
menghentikan kerja kontakor (K24) jika tegangan fasa
T hilang. Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan
menghubungkan kapasitor dari terminal belitan V1 ke
terminal belitan W1 motor induksi tiga fasa melalui
anak kontaknya “NC”. Maka motor induksi tiga fasa
pun beroperasi dengan suplai tegangan satu fasa T dan
netral dengan kapasitor.
Hilangnya fasa T juga akan terdeteksi oleh
relay PFR, sehingga relay PFR akan bekerja yang mana
anak kontak relay akan berubah dari “NO” ke “NC dan
sebaliknya. Warna lampu pada keadaan normal
berwarna hijau mudah. Jika hilang fasa T, maka akan
berubah menjadi merah. Bekerjanya PFR juga akan
menghentikan kerja Kontakor (K24) jika tegangan fasa
T hilang. Kontaktor (K24) berhenti bekerja akan
menghubungkan kapasitor dari terminal belitan V1 ke
terminal belitan W1 motor induksi tiga fasa melalui
anak kontaknya “NC”. Maka motor induksi tiga fasa
pun beroperasi dengan suplai tegangan satu fasa R dan
netral dengan kapasitor.
Relay PRF juga akan mengerjakan relay (K26)
dengan suplai tegangan fasa R, melalui anak kontak nya
“NC” yang di hubung singkat dengan keluaran tombol
operasi “OFF” (S24d). Dengan bekerjanya relay (K26).
Anak kontak “NO” relay (K26) mengerjakan timer
(KT28). Anak kontak “NO” timer (KT28) mengerjakan
kontaktor (K31). Bekerjanya timer (KT28) dan
kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa R dari MCB
(MCB24). Suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24)
juga mengerjakan timer (KT33). Ketika kontaktor (K31)
bekerja, anak kontak “NO”nya akan menghubungkan
kontaktor (K24) dengan tegangan fasa R, tetapi terputus
oleh anak kontak “NO” PFR.
Relay PRF juga akan mengerjakan relay (K26)
dengan suplai tegangan fasa R, melalui anak kontak nya
“NC” yang di hubung singkat dengan keluaran tombol
operasi “OFF” (S24d). Dengan bekerjanya relay (K26).
Anak kontak “NO” relay (K26) mengerjakan timer
(KT28). Anak kontak “NO” timer (KT28) mengerjakan
kontaktor (K31). Bekerjanya timer (KT28) dan
kontaktor (K31) dapat suplai tegangan fasa R dari MCB
(MCB24). Suplai tegangan fasa R dari MCB (MCB24)
juga mengerjakan timer (KT33). Ketika kontaktor (K31)
bekerja, anak kontak “NO”nya akan menghubungkan
kontaktor (K24) dengan tegangan fasa R, tetapi terputus
oleh anak kontak “NO” PFR.
Pada saat tegangan fasa T kembali ada. Timer
(KT5) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya
relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari
teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer
(KT14). Disini motor induksi tiga fasa berhenti
beroparsi. Untuk relay PFR akan kembali normal
dengan menyalahnya lampu indikator menjadi hijau,
tetapi anak kontak mempunyai jeda untuk kembali ke
posisi normal. Setelah jeda selesai anak kontak “NO”
PFR
akan berubah posisi ke “NC”, dan
menghubungkan tegangan fasa R ke kontaktor (K24)
melalui anak kontak “NO” (K31) berubah posisi
menjadi “NC dan menguncinya dengan anak kontak
“NO” kontaktor (K24). Anak kontak “NC” PFR akan
berubah posisi menjadi “NO”, dan kerja relay (K26)
akan diputus. Anak kontak “NO” relay (K26) akan
memutus kerja timer (KT28). Anak kontak “NO” timer
(KT28) memutus kerja kontaktor (K31). Dan timer
(KT28) dan kontaktor (K31) diputus dari suplai
tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Dengan begini
motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai
tiga fasa kembali.
Pada saat tegangan fasa T kembali ada. Timer
(KT5) akan kembali bekerja dan memutus kerjanya
relay (KT11), timer (KT14) dan memutuskan netral dari
teminal belitan W1 melalui anak kontak “NO” timer
(KT14). Disini motor induksi tiga fasa berhenti
beroparsi. Untuk relay PFR akan kembali normal
dengan menyalahnya lampu indikator menjadi hijau,
tetapi anak kontak mempunyai jeda untuk kembali ke
posisi normal. Setelah jeda selesai anak kontak “NO”
PFR
akan berubah posisi ke “NC”, dan
menghubungkan tegangan fasa R ke kontaktor (K24)
melalui anak kontak “NO” (K31) berubah posisi
menjadi “NC dan menguncinya dengan anak kontak
“NO” kontaktor (K24). Anak kontak “NC” PFR akan
berubah posisi menjadi “NO”, dan kerja relay (K26)
110
Suratno, Rancang Bangun Rangkaian Kontrol Motor Induksi Tiga Fasa 1,1 KW Menjadi
Satu Fasa dengan Injeksi Kapasitor Dan Penghantar Netral
akan diputus. Anak kontak “NO” relay (K26) akan
memutus kerja timer (KT28). Anak kontak “NO” timer
(KT28) memutus kerja kontaktor (K31). Dan timer
(KT28) dan kontaktor (K31) diputus dari suplai
tegangan fasa R dari MCB (MCB24). Dengan begini
motor induksi tiga fasa akan beroperasi dengan suplai
tiga fasa kembali.
[4] Anthony, Zuriman. 2008. Perancangan Kapasitor Jalan
untuk Mengoperasikan Motor Induksi 3-Fasa pada
Sistem Tenaga 1-Fasa. Jurnal Teknik Elektro volume 8,
No.2.
(http://www.jurnalelektro.petra.ac.id/index.php/elk/article
/download/17356/17296). 27 Mei 2016.
[5] Anthony, Zuriman. 2003. Kinerja Pengoperasian Motor
Induksi 3-Fase Pada Sistem Tenaga 1-Fase Dengan
Menggunakan Kapasitor. Jurnal Teknosains volume 16,
No.1. (http://ilib.ugm.ac.id/jurnal/detail.php?dataId=6062). 02 Maret
2017
3.4. Hasil Rancang Bangun dan Data Uji Coba
Gambar 3 menunjukkan implementasi dari
rancangan dari rangkaian motor pada gambar 2. Dan
gambar 4 menunjukkan hasil dari dua motor phasa yaitu
satu phasa dan tiga phasa.
Gambar 3. Hasil Rancangan
Gambar 4. Perbandingan hasil Uji Coba Tiga Phasa dan Satu Phasa
4.
KESIMPULAN
Rancang bangun dengan metoda injeksi kapasitor
dan penghantar netral ini akan meningkatkan unjuk
kerja motor sebagai penggerak beban karena gangguan
hilang satu atau dua phasa pada sumber tiga phasa motor
akan tetap berjalan, dan bila sumber 3 phasa normal
kembali maka motor akan berjalan normal yaitu menjadi
motor 3 phasa.
Daya motor pada saat motor jalan dengan satu phasa
adalah 1/3 dari daya motor pada saat jalan dengan 3
phasa.
REFERENSI
[1] Panjaitan. DRS. R. 2000. Mesin Listrik Arus Bolak
Balik, Bandung. Penerbit Tarsito.
[2] Rijono, DRS. Yon. 2004. Dasar Teknik Tenaga Listrik,
Yogyakarta. Penerbit Andi.
[3] Rahardjo, dkk. 2010. Perbaikan Faktor Daya Motor
Induksi 3 Fase. Seminar Nasional VI SDM Teknologi
Nuklir. (http://www.papers.sttnbatan.ac.id/prosiding/2010/54.pdf). 03 April 2017.
111