## Pengaruh Kapasitas Kapasitor Pada Kumparan Bantu Terhadap Pemanasan Motor Induksi Satu Fasa

## Emidiana
Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas PGRI Palembang e-mail : emidianaal@yahoo.com

## ABSTRAK
Motor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah motor induksi 1 fasa, karena  harganya yang relatif  murah  dan  mudah  untuk dioperasikan.  Dalam  pemakaian  sehari-hari, motor induksi 1 fasa sering mengalami kerusakan karena pemanasan. Sebagian besar pemanasan yang terjadi disebabkan oleh rusaknya kapasitor  start,  yang  menyebabkan menurunnya kecepatan  motor dan dapat menyebabkan arus hubung singkat. Bila hubung singkatnya terjadi dalam waktu yang lama, energy  panas  yang  terjadi akan semakin besar dan dapat menyebabkan kerusakan isolasi kumparan. Hal ini dapat diatasi dengan mengganti kapasitor yang rusak tersebur. Dari hasil perhitungan didapat bahwa Semakin besar nilai kapasitor, maka semakin kecil nilai rugi-rugi daya dan rugi – rugi energi motor induksi tersebut.

## Kata kunci : Motor Induksi, 1 Fasa, Kapasitor

## ABSTRACT
The most used to motor in daily life is a single phase induction motor, because they have low cost and easy to operate. In daily life, 1 phase induction motor is usually get broken because of the heat. Most of the heat happened because of the broken start capacitor and it cause to decrease the motor speed and cause short circuit current. When this happened for a long time motor become heater and can  cause  the  broken  of  winding  insulation.  We  can  handle  this  by  changing  the  broken  capacitor. From the result of calculation, we know that the higher the value of capacitor, the lower power losses and energy losses of the motor induction

## Keyword : Induction Motor, 1 phase, Capacitor

## PENDAHULUAN
Motor  induksi  adalah  motor    yang  mudah  dioperasikan  dan  harganya  relatif  murah.  Dalam kehidupan sehari-hari, banyak digunakan untuk penggerak alat  yang membutuhkan daya yang rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini dikarenakan motor induksi satu fasa mempunyai berbagai kelebihan  antara  lain  konstruksinya  yang  sederhana  dan  kecepatan  yang  hampir  konstan.  Motor induksi  1 fasa banyak digunakan pada alat rumah tangga, antara lain sebagai penggerak kipas angin, pompa  air,  dll.  Pada  saat  pemakaiannya,  motor  induksi  sering  mengalami  gangguan  baik  berupa gangguan secara mekanik, maupun elektris.
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  pembahasan  mengenai  rugi-rugi untuk bermacam kapasitas dari kapasitor yang terjadi pada motor induksi 1 fasa

## TINJAUAN PUSTAKA
Motor  induksi adalah peralatan konversi  energy  listrik  yang  merubah  energy  listrik menjadi energy mekanik, dengan berdasarkan prinsip induksi electromagnet. Motor induksi merupakan motor asinkron, karena motor ini beroperasi pada kecepatan dibawah kecepatan sinkron. Kecepatan sinkron adalah kecepatan rotasi medan magnetik pada mesin Muhammad robith

## Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa
Motor  induksi  bekerja  berdasarkan prinsip  induksi  elektromagnet. Kumparan  stator  diberi tegangan,  sehingga  inti  besinya menjadi  magnet,  yang  kemudian  akan  menginduksikan  ke  rotor. Kumparan rotor merupakan loop tertutup, sehingga arus mengalir pada kumparan rotor tersebut. Arus rotor  tersebut  akan  berinteraksi  dengan medan  magnet  stator, yang  menghasilkan gaya  putar  pada rotor. Kumparan stator  akan  menghasilkan  medan  putar  dengan  kecepatan  sinkron. Misal motor dalam  kondisi berhenti,  stator  dihubungkan  dengan  jaringan,  sedangkan  kumparan  rotor  merupakan rangkaian  tertutup,  maka kondisi  seperti ini seperti  sebuah transformator,  dengan  kumparan  stator adalah kumparan primernya dan kumparan pada rotor adalah kumparan sekundernya ( Abdul Kadir, 1981  :  8  ) rotor Motor  induksi satu fasa punya satu kumparan stator,  dengan input    satu fasa, dan untuk menstart motornya harus  ada  alat  bantu. Berbeda  dengan  motor  induksi  3  fasa,  pada  motor induksi satu fasa tidak terjadi medan magnet putar. Sehingga masih perlu dipasang kumparan bantu untuk  mengawali  berputar. Seperti  pada  gambar  berikut,  dimana  kumparan  utama  U 1 – U 2 dan kumparan bantu Z 1 – Z 2 terlihat pada gambar berikut
Gambar 1. Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu pada Motor Satu Phasa http://siapbelajar.com/wp-content/uploads/2013/09/6_102Teknik-Listrik-Indus-Jilid-2.pdf
Pada  motor  induksi  1  fasa,  beda fasa tegangannya  180 0 yang menyebabkan getaran pada rotor,  karena medan putar kekanannya sama dengan medan putar kekiri.  Agar  terjadi medan putar pada  motor  induksi  1  fasa,  pada  stator  harus ada  2  kumparan yaitu kumparan utama dan kumparan bantu. Kumparan utama dan kumparan bantu diparalelkan, kemudian dipasang kapasitor secara seri dengan kumparan bantu. Karena adanya kapasitor yang terhunung seri dengan kumparan bantu, maka antara kumparan utama dan kumparan bantu akan terjadi beda fasa 90 0 . Saat putaran rotor mencapai 75% dari nominalnya, sakelar akan memutus sumber tegangan kekumparan bantu
Putaran fluksi medan stator dinyatakan dengan rumus :
Ns =
Dimana Ns = Putaran fluks medan stator / kecepatan sinkron (rpm) F = Frekuensi (Hz)
P = Jumlah kutub
Pada motor induksi, tegangan induksi pada rotor akan ada, jika medan putar stator memotong batang konduktor  di  rotor, atau dengan  kata  lain  agar  tegangan pada  rotor  terinduksi,  harus ada perbedaan putaran relative antara medan putar stator (Ns) dengan putaran rotor (Nr), yang dinamakan slip (s)
S =
%S = x 100%
Dimana :
S = Slip
Ns = kecepatan putaran medan stator (rpm) Nr = putaran rotor

## Konstruksi Motor Induksi
Secara  umum, motor  induksi terdiri atas  2  bagian  utama,  yaitu  : stator dan rotor. Bagian  yang diam  (stator) dan bagian  yang  bergerak (rotor). Terdapat  celah udara  diantara  keduanya. Konstruksi motor induksi dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2. Konstruksi Motor Induksi
http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/30098/Chapter%20II.pdf;jsessionid=BE563E 5A82758C801F39F545508A4B49?sequence=4

## 1. Stator
Stator merupakan bagian yang paling luar dari motor, merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa.  Stator  terdiri dari lapisan pelat baja beralur,  tempat kumparan dililitkan yang  didukung dalam rangka  yang  terbuat dari besi tuang atau pelat baja. Motor  induksi  satu  fasa mempunyai dua kumparan stator yang dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) dan kumparan bantu (auxiliary winding).
Komponen stator motor induksi tiga fasa, seperti pada gambar berikut : (a). lempengan inti
(b). tumpukan inti dengan kertas isolasi pada beberapa alurnya (c). tumpukan inti dan belitan dalam caking statornya
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. Komponen Stator
http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/30098/Chapter%20II.pdf;jsessionid=BE563 E5A82758C801F39F545508A4B49?sequence=4
Sumber  tegangan  AC  terhubung  ke  stator. Secara  listrik,  rotor tidak  terhubung langsung  ke  sumber tegangan bolak-balik, tetapi mempunyai arus induksi.

## 2. Rotor
Rotor adalah bagian motor  induksi yang  berputar,  yang terdiri  dari  :  inti  rotor,  kumparan  rotor dan alur rotor. Rotor pada motor induksi terdiri atas 2 tipe, yaitu tipe rotor belitan (wound rotor) dan tipe rotor sangkar (squirrel cage rotor).
(a).tipikal rotor sangkar
(b).bagian-bagian rotor sangkar
Gambar 4 Konstruksi rotor motor induksi rotor sangkar

## http://repository.usu.ac.id/bitstream/handle/123456789/30098/Chapter%20II.pdf;jsessionid=BE563 E5A82758C801F39F545508A4B49?sequence=4
Motor sangkar tupai adalah rotor dengan konstruksi inti berlapis , konduktornya dipasang secara parallel dengan poros dan mengelilingi permungkaan inti. Arus  rotor  akan  mengalir  melalui konduktor  rotor.  Konduktor  rotor  dihubungsingkat  dengan  cincin  ujung. Konstruksi  rotor  belitan berbeda  dengan  konstruksi  sangkar  tupai.  Rotor  dililit  dengan  lilitan  terisolasi  seperti  pada  stator, masing-masing fasa ujungnya terbuka lalu ke cincin slip yang yang ada pada poros motor.

## Motor Kapasitor
Motor induksi 1 fasa terbagi atas beberapa macam, yaitu : 1. Motor Kapasitor 2. Motor Shaded Pole
3. Motor Universal.
Motor pada peralatan rumah tangga seperti yang digunakan untuk pompa air, mesin cuci, kulkas dll umumnya merupakan motor kapasitor. Arus yang melewati kumparan utama tertinggal dari tegangan, dengan  menggunakan  kapasitor  dengan  ukuran  yang  tepat,  arus  pada  kumparan  start  dibuat mendahului tegangan. (Lister,  1988  :  24  ). Sudut  fasa  kumparan  utama  dan  kumparan  bantu dibuat mendekati 90 0 . Untuk motor kapasitor diatas 1 kW, mempunyai 2 kapasitor, yaitu kapasitor kerja dan kapasitor  bantu serta satu  sakelar. 2  buah  kapasitor  tersebut  fungsinya  adalah  meningkatkan  torsi awal. Setelah rotor berputar mendekati 70% putaran nominalnya, sakelar membuka sehingga hanya 1 kapasitor yang digunakan (kapasitor kerja).
Gambar 2.6.Bentuk Fisik Motor Kapasitor
http://sasing.unimus.ac.id/files/disk1/155/jtptunimus-gdl-herisuryoc-7703-3-babii.pdf

## Pemanasan Pada Motor Induksi 1 Fasa
Pemanasan pada motor induksi 1 fasa dapat disebabkan oleh rugi-rugi. Rugi-rugi pada motor induksi, dapat disebabkan oleh komponen pada motor itu sendiri, yaitu :
- Pada inti, terdapat rugi-rugi hysteresis dan arus eddy yang dipengaruhi oleh konstruksi motor itu sendiri
- Pada  kumparan  utama dan  kumparan  bantu,  terdapat  rugi-rugi  tembaga  I 2 R.  Penampang kawat tembaga pada kumparan utama lebih besar jika dibandingkan dengan kumparan bantu, sehingga impedansinya lebih kecil, dengan demikian rugi-ruginya juga lebih kecil dibanding kumparan bantu.
- Rugi-rugi mekanik karena gesekan dan angin
Sebagian besar pemanasan  yang  terjadi pada  motor  induksi  1  fasa disebabkan oleh rusaknya kapasitor start, yang menyebabkan menurunnya kecepatan motor dan dapat menyebabkan arus hubung singkat.  Bila hubung singkatnya terjadi dalam waktu  yang  lama,  energy  panas  yang  terjadi akan semakin besar dan dapat menyebabkan kerusakan isolasi kumparan.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan motor induksi 1 fasa penggerak pompa air, dengan data-data sbb :
- Jenis Motor : Induksi rotor sangkar
- Fasa : 1
- Tegangan : 220 V
- Frekwensi : 50 Hz
- Kecepatan : 1450 rpm
- Daya : 0,75 HP - Kutub : 4
Pengujian dilakukan di Laboratorium Mesin-mesin Elektrik Universitas PGRI Palembang
Tahapan penelitian adalah Sbb :
1. Mengoperasikan motor induksi 1 fasa tanpa beban selama 15 menit dengan alat bantu start berupa kapasitor  yang  mempunyai kapasitas masing – masing  :  25  µF,  16  µF, 8  µF  non  polar.  Dimana antara satu pengujian dengan pengujian  yang  lain,  diberikan renggang waktu  yang  cukup  lama menunggu kumparan menjadi dingin,  yang  dibantu dengan alat pendingin berupa kipas  yang dihembuskan langsung ke kumparan.
2. Mengukur arus start, waktu start, tegangan kerja, arus nominal, temperatur kumparan , kecepatan
3. Melakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai rugi-rugi daya dengan berbagai ukuran kapasitor, dengan tahapan :
- Menentukan resistansi kumparan utama dan kumparan bantu dengan sumber tegangan searah yang berubah-ubah, menggunakan rumus :
=
= k.
Dimana : = tahanan searah = tahanan bolak-balik
k = konstanta akibat efek kulit = 1,5untuk daerah tropis
4. Melakukan perhitungan untuk mendapatkan nilai rugi-rugi daya dengan berbagai ukuran kapasitor, dengan tahapan :
- Menentukan resistansi kumparan utama dan kumparan  bantu dengan sumber tegangan searah yang berubah-ubah, menggunakan rumus :
=
= k. Dimana : = tahanan searah = tahanan bolak-balik
` k = konstanta akibat efek kulit = 1,5 untuk daerah tropis
- Menentukan rugi-rugi daya dan energy pada kumparan utama dan kumparan bantu, dengan menggunakan rumus :
∆ = .
∆ = ∆ . t Dimana : ∆ = Rugi-rugi daya
∆ = Rugi-rugi energi
= tahanan kumparan
t = waktu
Dari hasil pengujian didapat data- data sbb :
Tabel 1. Hasil Pengujian Motor Induksi 1 Fasa
No. Capasitor ( ) I start (Amp) V nominal (Volt) I nominal (Ampere) Temp Kumparan ( 0 C) Kecepatan Rotor (rpm) Waktu Start (detik) I kb (Ampere) 1 25 5,7 220 1,21 14 1478 0,57 0,3 2 16 6,6 220 1,55 17 1464 0,59 0,5 3 8 7,8 220 1,73 29 1438 0,79 0,6
Pengujian juga dilakukan untuk mendapatkan nilai resistansi kumparan utama dan kumparan  bantu dengan cara memberikan sumber dc, dengan hasil sbb :

## Tabel 2. Hasil Menggunakan sumber tegangan DC
No. V dc (Volt) I dc pada kump utama (Ampere) I dc pada kump bantu (Ampere) 1 20 6,4 12,5 2 14 4,4 8,7 3 8 2,4 5,0

## HASIL PERHITUNGAN
Tabel 4. Hasil Perhitungan nilai resistansi kumparan
No. R ku (  ) R kb (  ) 1 4,6875 2,4 2 4,77 2,41 3 5,0 2,4 Rata-rata 4,82 2,4
Tabel 5.Hasil Perhitungan Rugi-rugi Daya Rugi-rugi Kapasitor 25 µF 16 µF 8 µF Rugi2 Daya Kumparan Utama Saat Start 156,602 W 209,96 W 292,032 W Rugi2 Energi Kumparan Utama Saat Start 89,263 J 104,98 J 230,705 J Rugi2 Daya Kumparan Utama Saat Operasi Normal 3,99 W 4,44 W 6,129 W Rugi2 Energi Kumparan Utama Saat Operasi Normal 3588,726 J 3993,38 J 5511,258 J Rugi2 Daya Kumparan Bantu Saat Operasi Normal 0,216 W 0,6 W 0,864 W Rugi2 Energi Kumparan Bantu Saat Operasi Normal 194,4 J 540 J 777,6 J Total Rugi2 Daya 160,806 W 215 W 299,025 W Total Rugi2 Energi 3872,39 J 4638,36 J 6519,56 J

## KESIMPULAN
1. Nilai total rugi-rugi daya untuk kapasitor 25 µF = 160,806 W, kapasitor 16 µF = 215 W dan 8 µF = 299,025 W
2. Nilai total rugi-rugi energi untuk kapasitor 25 µF = 3872,39 J, kapasitor 16 µF = 4638,36 J dan 8 µF = 6519,56 J
3. Nilai kapasitor dan nilai rugi-rugi berbanding  terbalik. Semakin kecil nilai kapasitor,  semakin besar nilai rugi-rugi daya dan rugi – rugi energi motor induksi tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Eugene C. Lister, Mesin dan Rangkaian Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988
2. Abdul Kadir, Ir, “Mesin Tak Serempak” Penerbit Djambatan, Jakarta, 1981
3. Baharudin, Skripsi, Analisis Pengaruh Pembebanan Terhadap Karakteristik (Unjuk Kerja) Motor Induksi  Tiga  Fasa,  Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik, Universitas  Halu  Oleo, Kendari, 2016, http://sitedi.uho.ac.id/uploads_sitedi/E1D111012_sitedi_tugas%20akhir%20pdf.pdf diakses 2 November 2017
4. http://siapbelajar.com/wp-content/uploads/2013/09/6_102Teknik-Listrik-Indus-Jilid-2.pdf
5. Muhammad Robith , Prinsip Kerja Motor Induksi 1 Fasa, 2015 http://www.insinyoer.com/prinsip- kerja-motor-induksi-1-fasa/ , diakses 3 November 2017
6. Sistem  Proteksi  Motor  Induksi  3  Fasa  Dari  GangguanTidak  Seimbang  Dan Temperatur Lebih Menggunakan Mikrokontroller (SKRIPSI) Oleh Didit Very Kuswoyo
http://digilib.unila.ac.id/23770/3/SKRIPSI%20TANPA%20BAB%20PEMBAHASAN.pdf