KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya lah saya dapat menyelesaikan makalah ini, sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Dan juga saya berterima kasih pada Bapak Guru yang telah memberikan tugas ini kepada saya. Saya sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai Motor Kapasitor. Saya juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam tugas ini terdapat kekurangan-kekurangan dan jauh dari apa yang saya harapkan. Untuk itu, saya berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun. Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi saya sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya saya mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan saya memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di masa depan. Malang, Mei
Penulis
1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR..................................................................................................................1 DAFTAR ISI...............................................................................................................................2 BAB I..........................................................................................................................................3 PENDAHULUAN......................................................................................................................3 1.1
Latar Belakang.............................................................................................................3
1.2
Rumusan Masalah........................................................................................................3
1.3
Tujuan Penulisan..........................................................................................................3
BAB II.........................................................................................................................................5 PEMBAHASAN.........................................................................................................................5 2.1
Definisi dan Konstruksi Motor Kapasitor....................................................................5
2.2
Konstruksi Motor Kapasitor.......................................................................................10
2.3
Prinsip Kerja dan Starting Motor Kapasitor...............................................................11
2.4
Karakteristik Motor Kapasitor...................................................................................12
2.5
Perhitungan Motor Kapasitor.....................................................................................15
2.6
Aplikasi Motor Kapasitor...........................................................................................16
2.7
Kelebihan dan Kekurangan Motor Kapasitor.............................................................16
BAB III.....................................................................................................................................17 PENUTUP.................................................................................................................................17 3.1
Simpulan.....................................................................................................................17
3.2
Saran...........................................................................................................................17
DAFTAR PUSTAKA................................................................................................................19
2
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yang tepat guna sangat diperlukan dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya. Sebagian besar alat industri dan rumah tangga menggunakan tenaga listrik sebagai energi penggerak utamanya. Penggunaan motor AC (Alternating Current) atau arus bolak-balik satu phasa saat ini banyak digunakan diberbagai aplikasi. Salah satu penggunaan motor AC yang sering ditemui yaitu terdapat diperabotan rumah tangga berupa mesin cuci dan peralatan-peralatan yang serig dijumpai dalam rumah seperti kipas angin, AC, dan yang lainnya. Salah satu jenis motor AC 1 fasa adalah motor kapasitor. Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V. Oleh karena itu motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, permasalahan yang akan dibahas dalam jurnal ini adalah : 1. Apa yang dimaksud dengan motor kapasitor? 2. Bagaimana konstruksi pada motor kapasitor? 3. Bagaimana prinsip kerja dan strating motor kapasitor? 4. Apa saja karakteristik motor kapasitor? 5. Bagaimana aplikasi dari motor kapasitor? 6. Apa saja kelebihan motor kapasitor dibandingkan dengan motor satu fasa lainnya? 1.3 Tujuan Penulisan Penulisan jurnal ini bertujuan untuk : 1. Mengetahui defiinisi dari motor kapasitor 2. Mengetahui konstruksi pada motor kapasitor 3. Mengetahui prinsip kerja dan strating motor kapasitor 4. Mengetahui karakteristik motor kapasitor 5. Mengetahui aplikasi dari motor kapasitor 6. Mengetahui kelebihan motor kapasitor dibandingkan dengan motor satu fasa lainnya
3
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Definisi dan Konstruksi Motor Kapasitor Motor kapasitor merupakan motor AC 1 fasa dimana kapasitor dipasang seri dengan kumparan bantu.
4
Gambar 2.1 Bentuk fisik motor kapasitor Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga. Ada 3 macam motor kapasitor: 1. Motor kapasitor start (starting capacitor motor) 2. Motor kapasitor tetap/ running (permanent capacitor motor) 3. Motor kapasitor start running (start-running capacitor motor)
1. Motor kapasitor start (starting capacitor motor)
5
Gambar 2.2 Rangkaian Motor Kapasitor Konstruksi pada motor kapasitor ini sangat sederhana. Stator pada motor kapasitor ini hanya terdiri dari 2 kumparan/lilitan, satu kumparan utama dan satu kumparan bantu. Belitan utama dan bantu jumlah lilitannya sama banyak tetapi diameter kawatnya berbeda diantara keduanya. Diameter kawat belitan utama lebih besar dibanding diameter belitan bantunya. Hal ini untuk mendapatkan nilai belitan utama selalu mempunyai nilai resistansi rendah dan nilai reaktansi tinggi, sedangkan belitan bantu mempunyai nilai resistansi tinggi dan nilai reaktansi rendah. Motor ini memiliki kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan belitan bantu dan pararel dengan belitan utama. Fungsi dari kapasitor itu sendiri adalah untuk memperbesar kopel atau torsi start awal, mengurangi arus start awal motor, serta mempertajam pergeseran beda fasa antara belitan utama dan belitan bantu hingga mendekati 90⁰.
Gambar 2.3 Kurva Operasional . Motor ini adalah merupakan jelmaan dari motor fasa belah, tetapi mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan belitan bantu dan sakelar sentrifugal, secara konstruktif sama persis, hanya ditambah satu unit kapasitor untuk memperbesar kopel awal (start). Seperti dikatakan di awal prinsip kerja motor kapasitor start ini sama seperti motor induksi, yaitu jika pada lilitan utama diberikan sumber arus maka akan terjadi medan magnit putar (fluks magnit) yang ada dan besarnya sama, tidak ada resultan gaya. Tetapi dengan 6
adanya lilitan bantu dan kapasitor maka ada beda fasa diantara keduanya, disinilah terjadi fluksi magnit dan resultan gaya yang berbeda maju atau mundur tergantung besarnya resultan gaya itu sendiri dan pada umumnya terjadi resultan gaya searah jarum jam sehingga motor dapat berputar ke kanan. Setelah motor berputar 75% dari putaran nominal maka sakelar sentrifugal bekerja memutuskan rangkaian lilitan bantu dan motor bekerja hanya dengan lilitan utama.
2. Motor kapasitor running (capasitor running) Motor listrik ini mempunyai kapasitor yang dihubungkan seri dengan kumparan bantu, terhubung paralel dengan kumparan utama dan terhubung langsung paralel dengan sumber listrik. Belitan utama, lilitan bantu dan kapasitor tetap terhubung pada sirkuit jala-jala saat motor listrik bekerja. Jenis motor listrik ini banyak digunakan pada jenis-jenis motor listrik 1 fasa yaitu pompa air, dimana lilitan utama dan bantu jumlah lilitannya sama banyak tetapi diameter kawatnya berbeda diantara keduanya. Diameter kawat lilitan utama lebih besar dibanding diameter lilitan bantunya. Type motor listrik ini kopel awalnya kurang bagus, tetapi kopel jalan (torsi jalan) merata. Kebanyakan pompa air berbagai merek banyak menggunakan jenis motor kapasitor runningdengan kecepatan mendekati 3000 rpm.
3. Motor kapasitor start-running (start running capasitor) 7
Jenis motor listrik ini adalah perpaduan antara motor kapasitor startdan motor kapasitor running , dimana tujuan dibuatnya double kapasitor adalah untuk memperioleh kopel awal yang lebih besar dan kopel jalan yang merata. Jenis motor listrik ini banyak digunakan pada room air conditioner.
Gambar 2.4 Vektor Diagram Hubungan Antara Arus Kumparan Utama dan Kumparan Bantu pada Motor Kapasitor Dari Gambar 2.4, besar beda fasa kumparan utama, kumparan bantu dan tegangan sumber serta beda fasa antara kumparan utama dan bantu, secara berturut-turut ditunjukkan pada persamaan berikut ini : ϴU = arc tg
Xku Rku
ϴB = arc tg
( Xc Xkb) Rkb
ϴ = ϴ U + ϴB
8
Akibat beda fasa (ϴ) yang besar ini, maka medan magnet putar yang dihasilkan oleh kumparan stator akan menjadi besar dan dengan sendirinya gaya putar rotor akan menjadi besar pula. Adapun besar daya input starting adalah : Pin = Vt IL cos α Dimana : α = arc tg
{ Xu ( Xc Xb)} ( Ru Rb)
Besar arus listrik yang melalui kumparan utama dan bantu adalah : Iu =
Vt Vt Zu dan Ib = Zb
Dimana : Zu = Ru + j.Xu Zb = Rb + j.Xb Dan untuk nilai XC adalah : 1
XC = 2 . f .C Keterangan : RU
= Resistansi kumparan utama
XU
= Reaktansi kumparan utama
RB
= Resistansi kumparan bantu
XU
= Reaktansi kumparan utama
XC
= Reaktansi kapasitor Kelemahan dari motor kapasitor dengan menggunakan satu buah kapasitor, bila saklar
sentrifugal sudah tidak bekerja (kontaktor terbuka) motor akan bekerja tidak seimbang sehingga kopel putar akan menjadi kecil. Agar motor kapasitor tetap bekerja dalam keadaan seimbang, maka dipasanglah 2 buah kapasitor seperti gambar berikut ini.
9
Gambar 2.5 Motor Kapasitor dengan Dua Buah Kapasitor 2.2 Konstruksi Motor Kapasitor
Adapun bagian-bagian yang terpenting dari motor kapasitor start ini adalah: Stator (tempat belitan utama dan bantu) pada alur-alur stator Rotor sangkar dengan porosny Bantalan peluruh (laher) Tutup stator dan rangka body Kapasitor Ujung-ujung terminal motor 1.Rotor Jenis rotor yang digunakan pada pompa air kami adalah jenis rotor sangkar. Pada prinsipnya rotor sangkar disusun dari batang-batang konduktor yang setiap ujungnya disatukan dengan cicin yang terbuat dari bahan konduktor juga,sehingga disebut sebagai rotor sangkar.
10
2.Stator Kumparan stator terdiri dari kumparan kawat tembaga yang dimasukkan ke dalam alur-alur stator yang dikenal dengan kumparan utama (main winding) dan kumparan kawat tembaga yang lain disebut kumparan bantu (auxiliary winding) yang ditempatkan juga pada alur-alur stator yang masih kosong. Kumparan utama selalu dirancang mempunyai niali resistansi rendah dan nilai reaktansi tinngi sedangkan kumparan bantu mempunyai nilai resistansi tinggi dan nilai reaktansi rendah. Kedua kumparan ini dihubungkan ke sumber jalajala listrik AC.Stator juga merupakan bagian yang diam dan mempunyai kumparan yang dapat menginduksikan medan elektro magnetic kepada kumparan rotornya 3. Kapasitor Pada motor ini terdapat penambahan satu atau lebih komponen kapasitor yang terhubung seri dengan kumparan bantu (auxiliary winding). Kapasitor dalam hal ini berfungsi sebagai penyimpan muatan listrik. Analogi kerjanya adalah saat kapasitor dihubungkan dengan sumber tegangan muatan terisi penuh,dan jika tegangan sumber dilepas moatan akan habis (kosong). 4.Celah udara Merupakan tempat berpindahnya energy dari stator ke rotor. Pada celah udara ini,lewat fluks induksi stator yang memotong kumparan rotor sehingga menyebabkan rotor berputar. Celah udara yang terdapat antara stator dan rorto diatur sedemikian rupa sehingga didapatkan hasil kerja motor yang optimum.Bila celah udara antara stator dan rotor terlalu besar akan mengakibatkan efisiensi motor induksi rendah,sebaliknya bila jarak antara celah udara terlalu kecil akan menimbulkan kesukaran mekanis pada mesin. 2.3 Prinsip Kerja dan Starting Motor Kapasitor Prinsip kerja motor kapasitor start ini sama seperti motor induksi, yaitu jika pada lilitan utama diberikan sumber arus maka akan terjadi medan magnit putar (fluks magnit) yang ada dan besarnya sama, tidak ada resultan gaya. Tetapi dengan adanya lilitan bantu dan kapasitor maka ada beda fasa diantara keduanya, disinilah terjadi fluksi magnit dan resultan gaya yang berbeda maju atau mundur tergantung besarnya resultan gaya itu sendiri dan pada umumnya terjadi resultan gaya searah jarum jam sehingga motor dapat berputar ke kanan. 11
Motor kapasitor bekerja dengan tegangan 220 volt. Prinsip kerja motor terjadi ketika kutub-kutub dari rotor dan stator mendekat,sehingga terjadilah peristiwa tolak-menolak dan rotor berputar.Kutub rotor menghampiri kutub stator yang tidak sejenis,sehingga rotor tertarik.Ketika kutub dari rotor dan stator yang berlainan mulai mendekat , akan menghasilkan perubahan arus. Arus ynag semula positif menjadi negative. Perubahan ini menyebabkan berubahnya kutub-kutub magnet pada stator. Kutub yang berbeda dengan rotor ,berubah menjadi kutub yang sama dengan rotor,sehingga akan terjadi tolak menolak kemnali dan rotor akan berputar kearah kutub yang berlainan. Peristiwa ini terjadi terus menerus dan sangat cepat yang menyebabkan rotor akan berputar terus. Pada saat motor mulai bergerak,arus dari jala-jala akan mengalir melalui kumparan bantu pada stator akan melewati kapasitor. Apabila kecepatan putar motor mendekati 75% dari kecepatan penuh/nominal maka saklar/kontaktor akan terlepas sehingga kapasitor dilepaskan lagi dari rangkaian. Fungsi kapasitor pada rangkaian motor ini hanyalah untuk menimbulkan perbedaan fluks sebagai torsi awal memutar motor,selanjutnya kapasitor tidak berfungsi lagi karena fungsi utamanya adalah sebagai penyimpan muatan listrik. Dengan kata lain dapat dijabarkan bahwa pada motor kapasitor pergeseran fasa antara arus kumparan utama dan arus kumparan bantu didapatkan dengan memasang sebuah kapasitor yang dipasang seri terhadap kumparan bantunya . Kapasitor start direncanakan untuk waktu pemakaian yang singkat. Bila saat start dan setelah putaran motor mencapai 75% dari kecepatan penuh,maka kapasitor akan terputus dari rangkaian,sehingga yang tinggal selanjutnya adalah kumparan utama. 2.4 Karakteristik Motor Kapasitor Pada motor kapasitor, kapasitornya dihubungkan seri dengan kumparan bantu. Motor ini mempunyai kopel start lebih tinggi, sehingga banyak digunakan pada mesin cuci, pompa air dan peralatan rumah tangga lain. Motor jenis ini terdiri atas dua tipe: - Motor kapasitor start Motor jenis ini menggunakan belitan bantu berupa induktor seri dengan kapasitor sehingga diperoleh pergeseran fasa yang mendekati 900. Sehingga diperoleh torka starting yang lebih besar dibandingkan dengan motor split fasa. Ketika motor sudah beroperasi mendekati 75 – 80 % dari kecepatan rating maka saklar sentrifugal akan beroperasi memutus belitan bantu, sehingga karakteristik torka - kecepatannya mendekati karakteristik jenis motor split fasa.
12
Rangkaian ekuivalen dan karakteristik torka dari motor jenis ini diperlihatkan pada gambar 3.2
Gambar 3.2. Karakteristik motor kapasitor start - Motor kapasitor start dan running Motor jenis ini digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan torka tinggi. Untuk menghasilkan torka starting dan running yang tinggi maka digunakan dua buah kapasitor dengan nilai yang berbeda. Kapasitor C1 digunakan untuk menghasilkan torka starting memiliki kapasitansi yang lebih rendah dari kapasitor C2 yang digunakan pada saat running. Saklar pemutus digunakan untuk memindahkan belitan dari C1 k C2 ketika kecepatan rating telah tercapai. Dengan cara ini maka kebutuhan torka tinggi pada saat starting dan running dapat dipertahankan. Perbandingan rangkaian ekuivalen kapasitor start dan kapasitor running diperlihatkan pada gambar 3.3. 13
Gambar 3.3. Motor kapasitor start dan running.
2.5 Perhitungan Motor Kapasitor Rangkaian Ekivalen Rumus : Daya Motor Induksi
14
Mencari nilai kapasitor : uF = (159300 x 1) / (f x E) 2. Mencari nilai frekuensi pada kapasitor : F = (n x p) / 120 3.
Mencari arus pada
saat pengosongan kapasitor : Ise = Ieff x e – t / RC Pengukuran Daya P1 Tegangan P1 yang masuk diukur dalam sebuah penghantar konduktor dengan memakai sebuah Wattmeter. Apabila muatan itu simetris, nilai dari ukuran tenaga dapat dikalikan dengan 3 untuk mendapat kebutuhan daya keseluruhan. P1 = 3 . Phasa D. Pembagian Daya P2 Jika putaran M dan kecepatan n telah ditentukan untuk bermacam-macam beban daya motor yang tepat P2, pembagian dapat ditentukan : P2 = M . W dimana : M = Torsi (Nm)
P2 = pembagian daya (watt)
W = sudut kecepatan (1/s)
Berikut adalah
hubungan yang terdapat antaran sudut kecepatan dan kecepatan rotor n : Rumus :
W = 2 π n / 60
= n / 9,55 Jadi :
W = 2 . 3,14 . n / 60
W
P1 = M . n / 9,55
Efesiensi Efesiensi diberikan oleh perbandingan antara pembagiandaya dan daya pakai. π = P2 / P1 F. Faktor daya Faktor daya ditentukan bagian luar dari pada konduktor dengan sudut faktor meter daya dari persamaan : Cos α = P1 / √3 U.I Slip Slip dari motor dapat dihitung pada bermacam-macam beban berdasarkan persamaan : s = ((ns – nr) / ns) . 100% Dimana : n = kecepatan putar rotor ( min-1)
ns = kecepatan serempak (min-
s = slip (%)
2.6 Aplikasi Motor Kapasitor Contohnya aplikasi dari motor kapasitor : 15
1. motor pompa air 2. motor mesin cuci 3. motor lemari es 4. motor air conditioning 2.7 Kelebihan dan Kekurangan Motor Kapasitor 2.7.1
Kelebihan Motor Kapasitor Motor listrik kapasitor mempunyai beberapa kelebihan, diantaranya power factor yang lebih besar, efisiensi kondisi operasi, dan harganya yang relatif murah dibandingkan dengan motor-motor listrik satu fasa lainnya. Motor listrik jenis ini mempunyai lilitan, yaitu lilitan untuk kondisi awal (starting winding) dan lilitan untuk kondisi operasi (running winding). Motor ini menggunakan dua buah kapasitor untuk operasinya yaitu, kapasitor untuk kondisi awal (starting capacitor) dan kapasitor untuk kondisi kerja (running capacitor). Di antara motor motor listrik kapasitor ada satu jenis yang bekerja pada kecepatan yang berbeda-beda, Oleh karena itu dinamakan permanent split capacitor motor. Motor ini mempunyai torsi awal yang sangat kecil, sehingga pemakaiannya hanya untuk mesin-mesin elektronik yang membutuhkan daya awal yang kecil.
2.7.2
Kekurangan Motor Kapasitor 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.
BAB III 16
PENUTUP 3.1 Simpulan - Motor kapasitor merupakan motor AC 1 fasa dimana kapasitor dipasang seri dengan kumparan bantu. Motor kapasitor satu fasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. - Konstruksi pada motor kapasitor ini sangat sederhana. Stator pada motor kapasitor ini hanya terdiri dari 2 kumparan/lilitan, satu kumparan utama dan satu kumparan bantu. Motor ini memiliki kapasitor yang dihubungkan secara seri dengan belitan bantu dan pararel dengan belitan utama. - Fungsi dari kapasitor adalah untuk memperbesar kopel atau torsi start awal, mengurangi arus start awal motor, serta mempertajam pergeseran beda fasa antara belitan utama dan belitan bantu hingga mendekati 90⁰. - Pada saat motor mulai bergerak, arus dari jala-jala akan mengalir melalui kumparan utama dan kumparan bantu. Arus mengalir melalui kumparan bantu akan melewati kapasitor dan saklar sentrifugal. Apabila kecepatan putar motor mendekati 75% dari kecepatan putar penuh, kontaktor saklar sentrifugal akan terlepas. Dengan demikian pada kecepatan putar penuh (full load), arus jala-jala hanya mengalir melalui kumparan utama saja. 3.2 Saran - Kelemahan dari motor kapasitor dengan menggunakan satu buah kapasitor, bila saklar sentrifugal terbuka, motor akan bekerja tidak seimbang sehingga kopel putar akan menjadi kecil. Supaya motor kapasitor tetap bekerja dalam keadaan seimbang, maka sebaiknya gunakan dua buah kapasitor. - Gangguan pada motor kapasitor pada umumnya karena cacat pada kapasitornya. Macam gangguan antara lain hubung singkat, gangguan-gangguan hubung singkat dapat menyebabkan motor terbakar. Untuk itu perlu dilakukan pemeliharaan dan perbaikan secara berkala. - Untuk mendapatkan hasil pemeliharaan dan perbaikan yang memuaskan maka seluruh data yang ada pada motor harus ada dalam catatan kartu pemeliharaan dan perbaikan, baik sebelum proses pemeliharaan dan perbaikan maupun sesudahnya. - Kami berharap jurnal ini dapat bermanfaat bagi kami dan pembaca pada umumnya. Apabila terdapat kesalahan mohon dapat dimaklumi karena kami masih dalam proses pembelajaran. 17
DAFTAR PUSTAKA Prianto, Joko. dkk. 2010. “Single Phase Motor.” Hal. 3-13. Online http://staff.ui.ac.id/system/files/users/chairul.hudaya/material/papersinglephasemotor.pdf. Diakses 23 Mei 2015. Rijono, Yon. 2002. Dasar Teknik Tenaga Listrik. Edisi Revisi. Yogyakarta : Andi. Simarmata, Widya. 2014 (28 April). “Motor Kapasitor.” Hal. 1. Online http://www.scribd.com. Diakses 23 Mei 2015.
18
