UJI REGENERATIF (UJI HOPKINSON) DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR DC SHUNT
III. 2. Jenis Rugi-Rugi Di Dalam Motor Arus Searah Adapun jenis rugi-rugi yang ada yaitu: Adapun jenis rugi-rugi yang ada yaitu:
1. Rugi-Rugi Mekanis
Rugi-rugi mekanis di dalam motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis. Ada dua bentuk dasar rugi-rugi mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan angin.
Rugi-rugi gesekan adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara permukaan bagian-bagian yang berputar dengan bagian-bagian yang diam dari motor, diantaranya gesekan bearing atau bantalan peluru dengan rumah bearing atau dengan as rotor. Juga gesekan antara permukaan sikat dengan komutator. Karena adanya suatu nilai koefisien gesek antara permukaan bagian-bagian tersebut, walaupun kecil, diperlukan gaya untuk mengimbangi gaya lawan akibat koefisien gesek tersebut jika ingin menggerakkan rotor motor DC tersebut.
Selain itu, panas yang ditimbulkan akibat pergesekan antara permukaan tersebut jika motor berputar juga merupakan rugi-rugi yang perlu dipertimbangkan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk memperkecil rugi-rugi gesek tersebut dengan membuat permukaan sikat yang halus serta penggunaan bearing dengan minyak pendingin yang dipompakan untuk motor DC yang besar.
Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing) motor.
23 Baik itu pergesekan antara permukaan rotor dengan udara pada celah udara di dalam motor ataupun gesekan udara dengan kipas pendingin yang dipasangkan pada rotor di dalam motor. Rugi-rugi angin ini bervariasi tergantung pada kecepatan rotasi motor tersebut.
2. Rugi-Rugi Tembaga (copper losses)
Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi daya yang terjadi di dalam kumparan medan dan kumparan jangkar motor. Karena kawat tembaga kedua kumparan tersebut memiliki nilai resistansi Rf dan Ra, maka jika mengalir arus DC sebesar If dan Ia akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :
Pa = Ia2Ra………...………...….……(3.2) dan
Pf = If2Rf………..…..……....……(3.3) Di mana : Pa = rugi tembaga kumparan jangkar
Pf = rugi tembaga kumparan medan
Ia = arus jangkar Ra = resistansi jangkar If = arus medan Rf = resistansi medan
Besarnya resistansi kumparan medan dan kumparan jangkar dapat diukur langsung dengan ohmmeter atau dengan metode volt-amperemeter. Di mana dalam pengukuran resistansi kumparan medan dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada terminal kumparan medan sedemikian rupa sehingga mengalir arus medan sebesar arus nominalnya. Nilai arus dan tegangan diukur sehingga diperoleh nilai resistansi kumparan medan sebesar Rf = Vfdc/Ifdc.
Sedangkan untuk mengukur tahanan jangkar dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada komutator yang berada tepat di bawah
24 sikat-sikat yang polaritasnya berbeda sedemikian rupa sehingga mengalir arus jangkar sebesar arus beban penuhnya dengan jangkar dalam kondisi ditahan/diblok. Nilai tegangan dan arus diukur sehingga diperoleh nilai resistansi jangkar sebesar Ra = Vadc/Iadc.
Namun perlu diperhatikan bahwa di dalam perhitungan rugi-rugi tembaga jangkar, nilai resistansi jangkar yang dimasukkan ke dalam perhitungan biasanya sudah mencakup nilai resistansi sikat dan tahanan kontak sikat. Sehingga dalam pengukuran resistansi jangkar dengan ohmmeter ataupun dengan metode volt-amperemeter biasanya tegangan DC diberikan langsung pada terminal jangkar yang ditarik dari sikat-sikatnya.
3. Rugi-Rugi Sikat
Jika kumparan jangkar motor DC dialiri arus listrik DC maka sikat-sikatnya juga akan dialiri arus yang sama. Karena sikat memiliki nilai resistansi sikat dan juga tahanan kontak antara permukaan sikat dengan komutator maka terdapat rugi jatuh tegangan pada sikat yang dinyatakan dengan Vbd. Jatuh tegangan sikat ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar :
Pbd = Vbd.Ia………...……….(3.4) Dimana : Pbd = rugi daya akibat jatuh tegangan sikat Ia = arus jangkar
Vbd = jatuh tegangan sikat
Besarnya nilai jatuh tegangan sikat-sikat pada motor DC hampir konstan dalam rentang arus jangkar yang besar.
4. Rugi-Rugi Inti
Rugi-rugi inti terjadi di dalam jangkar motor DC yang disebabkan oleh perputaran jangkar di dalam medan magnet kutub-kutubnya. Ada dua jenis rugi-rugi inti yaitu (1) rugi hysteresis dan (2) rugi arus pusar.
25 Rugi hysteresis terjadi di dalam jangkar mesin DC karena setiap bagian jangkar dipengaruhi oleh pembalikan medan magnetik sebagaimana bagian tersebut lewat di bawah kutub-kutub yang berurut.
Gambar 3.2. Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub
Gambar 3.2 menunjukkan jangkar yang berputar di dalam motor dua kutub. Dengan menganggap ab sebagai potongan kecil dari jangkar. Ketika potongan ab berada di bawah kutub N, garis-garis magnetik lewat dari a ke b. Setengah perputaran selanjutnya, dari potongan besi yang sama berada di bawah kutub S dan garis-garis magnetik lewat dari b ke a sehingga sifat magnet di dalam besi dibalik.
Untuk dapat membalik molekul-molekul magnet secara terus menerus di dalam inti jangkar, sejumlah daya diserap sehingga menyebabkan pemanasan pada inti jangkar. Daya yang diserap dan berubah menjadi panas tersebut dianggap sebagai rugi-rugi di dalam inti jangkar dan disebut sebagai rugi hysteresis. Untuk menentukan besarnya rugi hysteresis di dalam inti jangkar digunakan persamaan Steinmentz yaitu :
Ph= ηB1,6
maxfV Watt..………..……….……….(3.5)
Dimana : Ph = rugi hysteresis
Bmax = rapat fluks maksimum di dalam jangkar F = frekuensi pembalikan magnetik
= 120
P n
dimana n dalam rpm dan P = jumlah kutub V = volume jangkar dalam m3
26 η = koefisien hysteresis Steinmentz
Untuk dapat mengurangi rugi-rugi hysteresis ini di dalam motor DC, inti jangkar di buat dari bahan ferromagnetik yang memiliki koefisien hysteresis Steinmentz yang kecil seperti baja silikon.
2). Rugi Arus Pusar
Sebagai tambahan terhadap tegangan yang diinduksikan di dalam konduktor jangkar, ada juga tegangan yang diinduksikan di dalam inti jangkar. Tegangan ini menghasilkan arus yang bersirkulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.3. Ini disebut sebagai arus pusar (eddy current) dan daya yang hilang karena alirannya disebut dengan rugi arus pusar.
Rugi arus pusar berlaku sebagai panas yang dapat menaikkan temperatur motor dan menurunkan efisiensinya. Jika suatu inti besi padat digunakan sebagai inti jangkar, resistansi terhadap arus pusar ini akan menjadi kecil karena lebarnya luas penampang inti. Akibatnya, nilai arus pusar dan juga rugi arus pusarnya akan menjadi besar. Besarnya nilai arus pusar dapat dikurangi dengan membuat resistansi inti sebesar mungkin secara praktisnya.
Gambar 3.3. (a) Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat (b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi
Besarnya rugi arus pusar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : Pe = KeB2maxf
2
t2V Watt………....………..….(3.6) Dimana : Pe = Rugi arus pusar
27 Ke = konstanta arus pusar
Bmax = rapat fluks maksimum dalam Wb/m2 f = frekuensi pembalikan magnetik dalam Hz t = ketebalan laminasi dalam m
V = volume inti dalam m3
Perlu diingat bahwa rugi arus pusar bergantung pada kuadrat ketebalan laminasi. Karena alasan inilah, ketebalan laminasi harus dijaga sekecil mungkin.
5. Rugi-Rugi Beban Stray
Rugi-rugi beban stray merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar di dalam tembaga dan rugi-rugi inti tambahan di dalam besi, yang timbul karena pendistorsian fluks magnetik oleh arus beban (tidak termasuk yang disebabkan oleh jatuh tegangan IR) dan rugi-rugi hubung singkat komutasi.
Rugi-rugi beban stray ini tidak dapat dikategorikan ke dalam tipe rugi-rugi yang disebutkan di atas. Di dalam perhitungan rugi-rugi motor DC, besarnya rugi-rugi beban stray dinyatakan sebesar ± 1% dari beban penuh.
Rugi-rugi di dalam motor DC di atas juga dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :
1. Rugi-rugi Konstan 2. Rugi-rugi Variabel
1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya selalu tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan.
Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi ini adalah : a. Rugi-rugi inti yaitu rugi-rugi hysteresis dan arus pusar
28 b. Rugi-rugi mekanis yaitu rugi-rugi gesek dan angin
c. Rugi-rugi tembaga medan shunt.
2. Rugi-rugi variabel yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya bervariasi terhadap arus pembebanan.
Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi ini adalah : a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (Ia2Ra)
b. Rugi-rugi tenbaga kumparan medan seri (Ia2Rse) c. Rugi jatuh tegangan sikat (VbdIa)
Sehingga rugi-rugi total di dalam motor DC adalah :
Σ Rugi – Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel
