PENY~PURNAAN EFISIENSIMOTOR PENGGERAK LISTRIK

SUYAMTO

Pusat Penelitian Nuklir Yogyakarta

ABSTRAK

Beban-beban listrik biasanya terdiri dari unsur-unsur R,L dan C atau gabungan dari ketiga unsur tersebut. Unsur Rmenimbulkan daya WATT yang bersifat nyata sedang unsur L danC menimbulkan daya VAR ( Volt Amper Reaktif ) yang bersifatsemu. Maka timbul istilah daya guna atau power faktorCos Q yang merupakan perbandingan antara WATT danVA, dimana VA = ( WATT2 + VAR2 )1/2. Karena arus induktifselalu mengikut terhadap tegangan dan arus kapasitif selalumendahului tegangan maka keduanya bisa saling meredusir ataumengurangkan. Sifat ini dipakai untuk memperbaiki Cos Q ataudaya guna suatu peralatan listrik ( beban listrik). Karenasuatu motor listrik selalu bersifat induktif maka untukperbaikan power faktornya salah satunya dapat dilakukandengan pemasangan kapasitor shunt terhadap motor tersebut.Dari percobaan didapatkan suatu hasil yang memuaskan, misal­nya motor AC seri wound rotor pada waktu dibebani 90%efisiensinya bisa dinaikan dari 0,96 menjadi 0,99 biladipasang kapasitor shunt pada ma~ing-masing fasenyasebesar 4 UFo

ABSTRACT

Electric loads usually consist· of resistance (R),inductance (L) and capasitance (C) or compound of thoss.Resistance R will affect actual or active power (inWATT), inductance Land capasitance C affect reactivepower (in VAR). From those two powers will be known ofpower factor or Cos Q, where Cos Q is expressed by ratiobetween WATT and VA while VA is (WATT2+ VAR2)1/2. If voltageas reference, inductive current will be in lagging andcapasitive current will be in leading to that voltage. Thatis why those two currents will be in subtraction or thetotal current will decrease and its vector magnitude becomedecrease. By this theory and based in consequenGe of thosetwo currents direction the corection power factor of theelectric load will be used. Here electric motors areusually as inducive load can be improved its power factor byusing of shunt capasitor. The results of experiment inimproving motor power factor were satisfied, especially forsingle phase motor. For example AC Series Wound Rotor which90~ loaded will have 0,99 pf when installed 4 UF in theireach its phase.

354

I. PENDAHULUAN

Pada akhir-akhir i~i perkerobangan peroakaian energi

terutaroa energi listrik sangat pesat. Hal ini sejalan dengan

laju perobangunan khususnya di bidang industri yang seroakin

banyak roeroerlukanenergi listrik. Sejalan dengan itu roaka

pamerintah telah roengarobilkebijaksakan-kebijaksanakan dalaro

bidang energi antara lain: intensifikasi, diversifikasi,

konservasi dan indeksasi energi.

Tujuan dari penelitian ini adalah dalaro bidang konser­

vasi atau pengheroatan energi yaitu dengan jalan meropertinggi

daya guna suatu mesin (peralatan motor listrik) sehingga

energi yang harus dikonsumsikan dapat dikurangi. Bagi

pemerintah hal ini berarti pengheroatan sedang bagi para

peroakai energi berarti beaya beban tetapnya bisa ditekan.

Ada berbagai cara untuk meroperbaiki power faktor suatu

beban listrik antara lain dengan meroakai motor sinkron dan

kapasitor. Dalaro hal ini digunakan kapasitoryang dipasang

secara shunt terhadap beban listrik tersebut. Dalaro

penelitian ini dipakai bahan dan peralatan yang telah ada

yaitu 1

1. motor induksi dan rotor ~ilit 3 fase, motor induksi 1

fase, motor kapasitor dan lain-lain

2. kapasitor 1UF, 2UF, 3UF dan 4UF masing-masing 400V

3. COB Q, watt meter 1 fase, dll

Masalah yang dihadapi dalaro penelitian ini antara lain

1. keterbatasan kapasitor yang ada

2. keterbatasan alat ukur yang dipakai

3. ketelitian alat ukur yang dipakai untuk percobaan

355

II. TATA~ERJA DAN PERCOBAAN

11.1 Dasar Teori dan Pemasangan Kapasitor

Pada waktu ini semakin banyak pemakaian kapasitor yang

bertujuan untuk perbaikan faktor daya. Biasanya kapasitor­

kapasitor tersebut dipasang shunt pada ujung akhir dari

suatu rangkaian beban yang mempunyai faktor daya lagging

(tertinggal>.

Keuntungan-keuntungan pemakaian kapasitor pada suatu

rangkaian listrik antara lain

1. mengurangi komponen lagging

2. menambah atau mempertahankan aras tegangan beban

3. memperbaiki regulasi tegangan

4. mengurangi rugi daya I2X beban atau sistem

5. memperbesar faktor daya sumber atau generator

6. mengurangi KVA loading

7.•memperingan kerja prime mover

8. mengurangi biaya.investasi

Dalam bidang industri kapasitor banyak dipasang secara

shunt pada berbagai beban yang mempunyai faktor daya rendah

untuk mensuplai arus magnetisasi yang dibutuhkan oleh beban~

Beban tersebut bisa beban tunggal atau suatu plan yang

besar.

Pemilihan ukuran ka~~sitor dan penempatannya banyakbergantung pada daya rata-rata dan kondisi setempat dari

beban yang akan diperbaiki faktor dayanya tersebut. Kedua

faktor tersebut dipengaruhi oleh

1. rangkaian suatu plan

2. panjang suatu rangkaian

3. variasi dan macam beban

4. faktor pembebanan

356

5. tipe rootor

6. distribusi beban

7. perubahan d~stribusi beban

Dengan alasan-alasan tersebut roaka kapasitor akan lebih

roenguntungkan bila dipasang sedekat roungkin dengan beban

atau pada ujung feeder. Pertirobangannya adalah agar :

1~.rugi-rugi diredusir pada rangkaian antara beban dan

roeter-roeter

2. tegangan di dekat beban naik atau stabil sehingga

unjuk kerja beban roenjadi lebih baik

3. KVAR dari kapasitor dapat langsung roeredusir daya

beban secara otoroatis.

Dengan deroikian roaka kapasitor yang dipasang pada rootor

listrik biasanya diletakkan roelintang pada terminal roasuknya

dengan dilengkapi suatu saklar. Besar KVAR kapasitornya

dibatasi oleh suatu harga agar rootor tidak roeneriroategangan

l~bib hila saklar dibuka.

Seperti telah diketahui bahwa pada urouronyabeban-beban

listrik dapat diforroulasikan roenjadi unsur resistif (R ),

unsur induktif ( L ) dan unsur kapasitif ( C ) atau gabungan

dari ketiga unsur tersebut. Bila suatu beban listrik

diberi tegangan masukan bolak-balik v = V Sin wt , keroudian

v dianggap sebagai referensi roaka:

- arus yang roengalir pada unsur R akan sefase dengan v

- arus yang mengalir pada unsur L akan tertinggal

terhadap v

- arus yang mengalir pada unsur C akan roendahului v.

351

Sedang daya yang diserap oleh roasing-roasing unsur adalah

1. Daya Watt, roerupakan daya nyata yang diserap oleh unsur R

2. Daya VAR, roerupakan daya serou yang diserap oleh unsur L

roaupun unsur C

3. Daya VA, roerupakan daya koroplek yang diserap oleh ketiga

unsur tersebut

Bila Watt = P

VAR = Q

VA = S

Dari garobar 4 terlihat bahwa untuk P yang tetap maka

bila Q keeil VA-nya juga akan keeil. Dengan deroikian maka

Pf = Cos Q =

p

Sakan berharga besar

Dengan kata lain apabila daya VAR suatu peralatan atau beban

listrik keeil maka peralatan tersebut mampunyai faktor daya

COB Q yang besar.

Dengan mamasang kapasitor shunt pada motor maka diagraro

vektor dayanya akan berubah seperti yang ditunjukkan

pada garobar 1. Dari garobar ini terlihat bahwa daya VAR yang

diarobil oleh motor dari surober setelah dipasang kapasitor

lebih keeil daripada sebeluro dipasang kapasitor.

Besar C yang diperlukan untuk menghasilkan perbaikan

Cos Q yang diinginkan dapat dihitung sebagai berikut •

Misa1:

Suatu motor dengan daya P Watt mempunyai pf = Cos Q1'

ingin diperbaiki pf-nya menjadi Cos Q2

roaka

Dari gambar 5

358

P tg Q1

P tg Q2

Daya yang tersiropan di C, Qc = ( P tg Q1 - P tg Q2 ). ( 1 )

Karena'

Ic = Vc / Xc

roaka

sehingga

diroana Xc = 1/2 fC

dan Vc = V

C = .2 f V2 ( 2 )

Atau bila dihitung dari arus yang melaluinya

Qc=Ic2 Xc

sehingga Ic2

C

= (3)2

,.Qc.

359

dimana

C = besar kapasitar yang harus dipasang ( F )

Ie = arusyang melaluikapasitar(A)f

=frekuensisumber(Hz)

Qc

= daya yangtersimpan dikapasitor(VAR)

Ve

= V,tegangan sumber(volt)Xc

= reaktansikapasitif(ohm)

11.2 Percobaan

Dalam bab 11.1 telah diterangkan bahwa kapasitor

perbaikan pf motor listrik akan lebih menguntungkan

dipasang sedekat mungkin dengan motor tersebut. Untuk

percobaaninidilakukan dengan rangkaian seperti

terlihat pada gambar 3a dan 3b.

untuk

bila

itu

yang

III. HASIL DAN PEftBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukan seperti pada

gambar 3 untuk barbagai macam kapasitor dan motor baik motor

1 fase maupun 3 fase didapat hasil seperti yang terlihat

pada tabel I. Terlihat bahwa perbaikan faktor daya motor

listrik dengan mamasang kapasitor shunt ini hasilnya cukup

memuaskan terutama untuk motor satu fase. Sebagai contoh,

untuk motor seri yang tidak dibebani faktor dayanya dapat

dinaikkan dari 0,96 menjadi 0,99 bila dipasang kapaaitor 3

F. Sedang bila dibebani 7/8 beban penuh faktor dayanya bisa

dinaikkan dari 0,91 menjadi 0,99 bila dipasang kapasitor

aebesar 4 F. Juga biaa dilihat untuk motor kapasitor,

faktor dayanya bisa dinaikkan hingga 0,99 bila dipasang

kapaaitor sebesar 2 F. Untuk motor 3 fase keaulitan utama

pada percobaan ini adalah masalah keterbatasan alat ukur

serta jumlah maupun jenis kapasitor dan motor yang ada.

360

Apabila besar kapasitor terpasang dihitung secara

matematis dengan menggunakan rumus 2, hasilnya dapat dilihat

pada tabel II.Perhitungan hanya dilakukan terhadap motor 1

fase, karena untuk motor 3 fase hasilnya kurang memuaskan.

Untuk menghitung besarnya kapasitor yang terpasang tersebut

pe~u di~erhatikan bahwa daya nyata watt yang diserap oleh

motor harus tetap agar torsi motor tidak turun. Perhitungan­

nya dilakukan sebagai berikut :

1. dihitung faktor daya motor untuk berbagai keadaan

menurut hasilpercobaan

2. dengan daya watt yang tetap dan faktor daya tersebut

kemudian dihitung besar daya VA ( S ) dan daya semu

V AR (Q) .•

3. selisih daya Q mula-mula dengan day a Q yang

terhitungpada nomer 2 tersebut adalah merupakan

daya semu yang diserap oleh kapasitor dan dipakai

untuk mengitung besarnya kapasitansi kapasitor

tersebut.

Contoh:

Lihat tabel I nomor 4 untuk motor induksi kapasitor

1 fase, dibebani penuh.

Dari percobaan diperoleh:

- tanpa C P = 180 Watt

Q = 55 VAR

pf = 0,98

maka

s = \,./ p:2 + Q:2 = 188,2 VA

pf terhitung = P/S = 180/188,2 = 0,9564

361

- bila dipasang C = 1 F

P = 185 Watt

Q =

40 VAR

lIlaka

pf = 0,977(terhitung)Pada

P = 180 Watt

Q = P

.tg= 39,28 VAR

S == P/Cos Q

= 184,23 VA

- Dari rurous 2

Q

C =

2 f V

( 55 - 39,23 )=

2. 3,14. 50. 220

= 1,03 F

( kapasitor terpasang dalaro percobaan adalah 1 F)

362

IV. KESIMPULAN

Dari penelitian ini terbukti bahwa dengan roemasang

kapasitor roaka Taktor daya atau Cas Q suatu rootor listrik

dapat dinaikkan. Dari hasil percobaan bisa ditarik kesiropu­

Ian bahwa hasilnya kurang memuaskan untuk rootor 3 Tase

karena keterbatasan-keterbatasan terse but di atas. Naroun

untuk rootor 1 Tase hasilnya cukup baik.

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan selesainya penelitian ini karoi roengucapkan

teriroa kasih kepada para staT yang telah roembantu, terutaroa

staT Bengkel Induk, Reaktor dan PATN.

DAFTAR ACUAN

1. Badan Koordinasi Energi Hasional, Buku Pedoman Tentan~

Cara-cara Melaksanakan Konservasi Ener~i dan Pen~awasannva

2. Budiono Mismail, ~a~~kaian ~~~s~~k,jilid I

3. Electrical Standard Hand Book, Application o£ Capasitor

to Power Svstems, Chapter 8, Author A A Johnson

4. Suyamto dkk, Buku Panduan Praktikum Transmisi dan Distri~

busi Instalasi Listrik, Jurusan Tekno Fisika,

PATH Yogyakarta

5. Zuhal, Dasar Tena~a Listrik, Edisi ke 2 Bandung, Penerbit

ITB 1980.

Gambar 1. Diagram vektor daya setelah dipasang

kapasitor shunt seperti pada gambar 6

Gambar 2 • Pemasangan kapasitor shunt

pada beban listrik

v

365

W COS f/J

i"It

1( a )

( "b )

M1v>

Gambar 3 • Untai percobaan a. motor satu fasab. motor tiga fasa bintang

366

Tabel 1.

)JaJBe plate 1 Perlakuan pereobaan

1 Jenis , I lJ11 I I P , Y I I C I 1m I Ie I P I QI I Qe I Cos 8 I)lo. 1 I I I I I 1 I I I· 1 I I 1---------1 1 Ieteran~an

Ithree phase IY/II(.A)ICos OI(iatt)I('olt)ILoadl(uF)I(mA)I(.A)I(~att)I('ar)I('ar)ILa~~lleadl rpm I

1 Ithree phase I I I I 1

Ipole chan~in~1 1310 1 0,721 80 1 380

I induction I 1 I I I

I.otor I I I 1 I

I I I II I I II I I II I , ,1340 I 0,871 120 1 380

I 1 I 1

I I I 1

I I I 1

I I , I1 1 , ,

I I , , I2 IThree pbase i Y 13~0 I 0,851 120 I 380

Iho Nindin~s' I I ! I

iHindin~s I I I I I

I indlJction I I I I I

imotor 1 I I 1 I

I I i I1 Y 1360 1 0,741 ~O I 380

I , 1 I

I , I 1

I I 1 I

I I 1 I

I I 1 I

II!

I. II 10 I 0

I I 1

I 1

1 1

ILoad' 0

led I 1

, I1 10 1 0

1 '1

I ,ILoad' 0

led 1 1

I I1 1

1 lio I 0

1 1 1

1 1

'Loadl D

led 1 1

I II lio 1 0

I I 1

I ! 2

I IILoadl 0

led 1 1

I 1

I I I1 2451 0 I 1DO

I 781110 I 60

I I II 1 1

I 2101 0 1 140

I 871110 I 105

1 1 I

, 2101 0 1~5

I 871110 1 65

II 3401 0 I 170

I 3801110 I 125

I I II , I

1 2551 0 I 85

I 801110 I' 60

I I 1

I 390 I - I 175

1 3401110 1 150

illI 2851 0 I 80

i 1301110 I 65

I 2051240 I 60

I 1 1

1 360 I I 95

I 270 111 0 I 77

I I I

I I , I 1 I Pada C = 2uF

I 105 I - 10,661 - I 14251 .otor kapa­

I 3D 1 - 10,~91 - I 14251 sitar

I I 1 I I 1 Cas 8 < <

, • I I 1 I 1

I 50 1 - 10,~31 - , 13001 Pada C = 2uF

I - I 10 I 10,831 13001 Cas 8 <<<

1 1 I 1 1 I

1 ~O I - 10,721 - I 28001 Idl!Jl

I 20 I - 10,761 - 1 28001

I I I I i I, 35 I - I 1 I I 26001 Idem

1 - I 25 I 10,801 26001

I 1 I I 1 I

1 I 1 I I 1

I % I 0 10,991 - 1 14001 rpJl = 1440

, 35! - 10,971 - I 14001

1 I 1 1 I 1

I 40 I - 10,991 - I 13401 Idl!l!!

1 - I 32 1 I 0 ,871 13401

I I 1 1 1 ,

I 130 i 10,671 I 9501 rpJlJ = %0

I 20' 10,99' I 950 I

I "35 !0,471 I 9501 Cas 8 «I I I I I 1

1 40 I 10,981 I 8501

I 7 I 10,901 I 8501

I I 1 1 I I

367

------------------------------------------------------.--------------------------------.----------------------------

Jlue plate Perlakuan pereabaan

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

I Jenis

10. II !'Jatar

I III 1 I PlY 1 1 C I hi I Ie I P 1 01 I 02 I Cas 8 I

I I I I I I I I I I I I 1---------1 IITIll (IIA>ICas 01 (liitt >1(,alt >ILaidl (uF >1I.A >1(IIA>1I utt >1(Yilr >1(,ar >ILili Ileadl rpll 1 keteran~an

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1 0 1 0 1500 1 - I 110

1 1 1 1480 I 72 I 115

1 1 2 1480 1140 1 115

I I 3 1470 1215 I 115

I 1 1500 1300 I 115

1 1 1 I 1

ILaidl 0 1800 I I 160

led I 1 1700 I 70 I 150

1 I 2 1700 1145 1 155

1 1 3 1700 1215 I 162

I 1 4 1700 1300 I 160

I 1 1 I

I I I 1

I 0 1 0 1440 1 - I 100

1 1 1 1420 I 70 1 105

I I 2 1415 1140 1 105

1 I 3 1420 1223 1 105

I 1 4 1440 1290 I 105

I I 5 1460 1360 I 110

1 I 1

ILaad 0 1800 I -

led 1 1800 1 70

I 2 1800 1140

1 3 1800 1223

I 4 1800 1290

I 5 1800 1360

I I I1 I 1

380 1 0 0 1190 II 1 1 75 1125

1 2 1240 1273

I I 1

ILaadl 0 1287 1 - I 114 I 35

Ied I 1 1250 1125 I 100 I

I I 2 1250 1270 I 15 I

1 1 I I I 1

70 1 220

I1

I1

1

1

II1

1

II

120 I 220

1

I

65

5

25

40 I - 10,961 I 45001

37 1 - 10,981 1 HOOI

20 I - 10,991 I 44251

5 I - 11 I I 45001

I 10 I 10,99 45001

I I 1 1 I

1 105 I 10,911 28501

1 80 I 10,951 30001

I 65 1 10,971 30001

I 55 I 10,981 29001

I 35 I 10,991 29001

1 1 I I 1

1 I I 1 I

I 55 I - 10,951 27501 ftatar kapa-

I 48 1- 10,981 28001 sitar dengiD

1 30 1 - 10,991 27501 C = 3 uF

I 15 I - 11 I 27501

I - I - I 1 28001

I - I 15 11 I 28001

I I I I I10,981 26501

10,991 26001

ID,991 26001

11 I 26001

1 I 1 26001

I 1 ·1 26501

I I 1 I

1 I 1 I

10,701 1 28001 D = 2800

2 I ID,781 28001 ,= 370

65 I - I - 1 28001

I I I I10,991 12600 I

35 I 10,8412650 I70 I 10,1012650 I

1 1 I I

55

40

25

5

70

45

12

I 8001 0,751

I 1 I

1 1 I

1 I I

1 I 1

I 1 I

I I II I 1

1 1 I

I I II I II 1 I

I I I110001 0,95

I II II 1

I 1

I II 1

1 I

I I1 1

1 I

I I1 I

1 I

I 1

1350 1 0,841 120

I II 1

1 I

I i1 1

1 I

1 I

3 lAC Series

I1

1

IIIIIIIII I

4 ISiDgle phase III1

1

II.III1

II1

1

5 IThree phise

Isquerrel eagel

1 induction I

'llatar 1

1 I

I II 1

1 I

.368

••

Qc

Tabel II. Hasil perhitungan C =

2 Lv

No. Load C I Pf*

(uF) I

P I Q 1 s1 (watt) I ( var ) 1 (va)

Ct I

(uF) I

Catatan

180 155 1188

180 139,281184,8911,03

180 124,321181,8012,01

180 I 4~86!180,0713,29

160 1105 1191,371

160185,481181,411,28

160 167 1173,5312,5

160 154,321168,9513,33

160 134~921163,7814,6

I

100 I55 1114 ,15 1

100 i45,5611 09,89 I 0,62

100 129,16 1104, 16 11 ,7

100 114,2511 01 12,68

3

4

No 1 0

1 1

'I 2I 3I

ILoaded! 0

1

234

No I 0

1

2

3I _

ILoadedl 0

1

2

3

10,94

10,95

10,99

10,9991

10,8761

10,8821

10,9221

10,947\

10,9771

10,8761

10,91

10,96

!0,99

10,95

10,9771

10,99 I

10,9991

110140 1117 I - 1 Pf* = faktor

110 136,151115,7910,2501 untuk p yang

110 119 ,13 1111 ,65 11 ,370 I tetap

110 I 4,781110,1012,3171

I C = C terhi-

1 tung

1

I

I

I,

I

I

1

I

1

1

1

I

I

I

I

1. S uta j i

TANYA

:369

JAWAB

efisiensinya atau

Pertanyaan :

Dalam penelitian ditemukan kesulitan peralatan yang dipakai.

Apakah sudah dapat diambil suatu kesiropulan ?

Jawaban

Va, sebab keyakinan akan kebenaran teori-teori terdahulu.

Disamping itu, dari hasil percobaan bisa dilihat, untuk

rootor-rootor satu fasa hasilnya cukup baik/roemuaskan.

2. Ali Waris

Pertanyaan :

Jenis atau spesifikasi rootor yang diteliti itu dari jenis

apa? dan berapa efisiensinya •

Jawaban

Bisa dilihat pada tabel 1. sebelah kiri.

Diroana untuk roasing-roasing jenis rootor,

cos 0 nya berbeda-beda.

roisalnya :

Motor jenis : Three phase pole changing

induction rootor

Pada beban penuh roempunyai cos 0 0,72 pada name pl~tenya.