Perancangan Kapasitor Jalan untuk Mengoperasikan Motor Induksi 3-Fasa pada Sistem Tenaga 1-Fasa

oleh : Royadi - 41407110004

ABSTRAK

Metode pengoperasian motor induksi 3-fasa pada sistem tenaga listrik 1-fasa dengan menggunakan kapasitor telah berkembang dengan baik. Metode ini digunakan karena mempunyai respon kecepatan yang cepat pada motor, arus start yang kecil dan perbaikan faktor daya hingga mendekati satu. Karakteristik motor saat beroperasi tergantung dari letak dan nilai kapasitor jalan yang digunakan pada motor. Penelitian ini dimaksudkan untuk membuatkan metode baru dalam meletakkan dan memilih kapasitor jalan untuk mengoperasikan motor induksi 3-fasa pada sistem tenaga listrik 1-fasa. Data motor yang digunakan adalah motor induksi 3-fasa 1,5 kW; 220/380V; Δ/Y; 50 Hz; 6,2/3,6A; 1400 rpm; kelas B; factor daya 0.84 tertinggal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa motor bekerja lebih baik dan lebih efisien jika kapasitor jalan diletakkan pada sisi kumparan dengan impedansi yang lebih besar. Motor dapat bekerja dengan menggunakan kapasitor

25,9μ F pada beban 95,14%, kecepatan 1400 rpm, faktor daya 0,99 mendahului, dengan distorsi harmonik arus yang lebih rendah.

Kata kunci: rangkaian kapasitor, nilai kapasitansi, daya semu pada motor (VA)

PENDAHULUAN

Pengoperasian motor induksi 3-fasa pada system tenaga listrik AC 1-fasa sangat dibutuhkan pada daerah pertanian, industri kecil dan daerah tertentu yang hanya mempunyai sistem tenaga listrik        1-fasa, sedangkan mereka membutuhkan motor penggerakdengan daya yang besar (motor induksi        3-fasa) yangsecara normal harus dioperasikan pada sistem tenagalistrik 3-fasa [1,2]. Salah satu cara agar motor induksi3-fasa dapat digunakan dengan baik pada kondisi iniadalah dengan mengoperasikan motor induksi 3-fasapada sistem tenaga listrik 1-fasa dengan menggunakan kapasitor [1,3].

Dalam sistem pengoperasian motor induksi 1-fasa, kapasitor boleh diletakkan pada sisi kumparan bantu (impedansi lebih besar) atau pada sisi kumparan utama (impedansi lebih) asal kapasitor yang digunakan dapat menggerakkan motor [4]. Berdasarkan kondisi ini, maka penelitian ini dimaksudkan

untuk merancang metode baru dalam mengoperasikan motor induksi 3-fasa pada sistem tenaga 1-fasa dengan cara menempatkan kapasitor pada sisi kumparan dengan impedansi yang lebih besar (kumparan bantu).

Secara umum, untuk mengoperasian motor induksi 3-fase pada sistem tenaga 1-fase dengan menggunakan kapasitor dapat dilakukan dengan cara mengubah bentuk rangkaian kumparan motor induksi 3-fase menjadi seperti rangkaian motor induksi 1-fase jenis motor kapasitor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Pengaruh besarnya arus yang melewati kapasitor (IC) terhadap tegangan yang diberikan pada kapasitor

(VC) dapat dibuatkan sebagai berikut.

I C  = ω.C..V (1)

dengan :

ω = 2.(3,14).( f )

f = frekuensi sumber (Herz)

C = kapasitansi kapasitor (Farad)

Bila diinginkan motor induksi 3-fasa bekerja pada sistem tenaga 1-fasa tanpa melewati batas arus nominal kumparannya (Iph), maka nilai kapasitansi kapasitor (C) yang dipakai adalah:

           I ph

c =  ______                                                                                        (2)

          Vc * ω

Besarnya daya reaktif (VARC) yang disumbangkan kapasitor C adalah :

VARC = VC x IC                                                                                                                                                  (3)

VARC ini akan menjadi daya semu (VA) motor induksi 3-fasa saat beroperasi pada sistem tenaga 1-fasa.

Bila VAR3ph merupakan daya reaktif motor saat beroperasi pada sistem tenaga 3-fasa, maka besarnya

daya reaktif motor induksi saat beroperasi pada sistem tenaga 1-fasa (VARM) adalah:

VARM = VARC3h – VARC                                                                                         (4)

Kemudian besarnya arus (IL), faktor daya (cosφ ) dan daya masukan motor (PL) saat beroperasi pada system tenaga 1-fasa adalah:

           VAR C

I L =  ______                                                                                        (5)

              V

         

                  VAR M

Sin φ =  ______                                                                                 (6)

                  VAR C

cosφ = cos(sin⁻¹φ )                              (7)

PL =VARC .cosφ cos                                                      (8)

Bila digunakan kapasitor start pada sisi kumparan bantu untuk menstart motor induksi 3-fasa pada

sistem tenaga 1-fasa, maka besarnya nilai reaktansi kapasitif dari “kapasitor-start” untuk menstart motor dapat dicari berdasarkan besarnya nilai torsi start maksimum dengan mengacu ke persamaan di bawah ini [7].

                     RaRm

Xc  = Xa  +  ______                                                    (9)

                    |Zm|+Rm

Atau dapat juga dengan pemilihan torsi start maksimum per amper[7] seperti rumus dibawah ini[8]

 

                     -XmRa+Rm  |Zm| (Ra (Ra+Rm))^1/2

Xc  = Xa  +  _________________________              (10)

                                        Rm

dengan :

Xc        =  reaktansi kapasitif dari kapasitor start yang akan digunakan

Xa        =  reaktansi induktif dari kumparan bantu

Xm       =  reaktansi induktif dari kumparan utama

Ra        =  tahanan dari kumparan bantu

Rm       =  tahanan dari kumparan utama

Zm       =  impedansi kumparan utama

Untuk memperoleh nilai Xc yang sesungguhnya dari kapasitor yang digunakan, harus diperoleh dahulu nilai impedansi dasar dari motor induksi yang digunakan dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

           V²

Z d =  ______                                                                                       (11)

              VA