BAB I PENDAHULUAN
1.5. Manfaat
Manfaat dari tugas akhir ini yaitu sebagai berikut : 1. Untuk pembelajaran dalam mengetahui performa dan karakteristik pada rangkaian motor DC sebagai sistem penggerak wahana benam.
2. Data performa dan karakteristik dari hasil simulasi bisa diterapkan sebagai sistem propulsi elektrik pada wahana benam.
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
5 2.1. Wahana benam
2.1.1 Pengertian Wahana benam
Wahana benam merupakan kapal yang beroperasi di bawah permukaan air, pada umumnya banyak digunakan untuk kepentingan militer. Selain untuk kepentingan militer, wahana benam juga digunakan untuk ilmu pengetahuan bawah air.
Negara Jerman memiliki wahana benam yang disebut dengan U-Boat yang merupakan singkatan dari Unterseeboot yang ditugaskan dalam Perang Dunia I sebagai sistem persenjataan yang mematikan bagi Angkatan Laut musuh. Pada Perang Dunia II, wahana benam banyak digunakan oleh Jerman dan mendapatkan julukan U-Class. Tidak hanya Jerman, Uni Soviet atau Rusia juga negera yang menggunakan wahana benam sebagai kekuatan utama dalam Angkatan Laut.
Wahana benam dapat mengapung dengan mudah di permukaan air, mampu menyelam ke dasar samudera dan bertahan di dasar samudera hingga berbulan-bulan lamanya. Konstruksi pada dinding wahana benam yang membuat wahana benam bisa bertahan lama di dasar samudera.
Ruang-ruang kedap air (atau tangki pemberat) antara dinding luar dan dinding dalam dapat diisi dengan air laut sehingga meningkatkan bobot keseluruhan dan mengurangi kemampuan mengapungnya. Dengan dorongan baling-baling ke depan dan pengarahan bilah kemudi datar ke bawah, kapal itu akan menyelam.
Dinding dalam wahana benam terbuat dari baja yang mampu menahan tekanan dari luar pada saat wahana benam sedang berada di dasar samudera. Setelah wahana benam berada di dasar
samudera, wahana benam akan
mempertahanakan posisinya dengan bantuan tangki-tangki pemberat sepanjang lunasnya.
Untuk naik ke permukaan, wahana benam mengeluarkan air dari tangki pemberat. Periskop, radar, sonar, dan jaringan satelit merupakan alat navigasi utama wahana benam. Ketika mengapung di permukaan, sebuah wahana benam dapat dikatakan berdaya apung positif.
Tangki-tangki pemberatnya hampir tidak berisi air. Ketika menyelam, kapal memperoleh daya apung negatif karena udara di tangki pemberat dikeluarkan melalui katup udara untuk digantikan air yang masuk. Untuk melaju pada suatu kedalaman, wahana benam menggunakan suatu teknik penyeimbang yang disebut daya apung netral.
Untuk naik ke permukaan, udara bertekanan tersebut dipompakan masuk tangki pemberat, sehingga airnya keluar. Wahana benam yang paling canggih membuat air tawar sendiri dari air laut. Ada pula cadangan udara yang dihasilkan dengan elektrolisis, suatu proses yang membebaskan oksigen dari air tawar. Ketika berada dekat permukaan, wahana benam dapat mengambil udara dan melepaskan gas buang melalui snorkel tertutup yang membuka di atas muka air. Selain periskop, antena radio, dan tiang-tiang lainnya, beberapa snorkel menyembul di bangunan atas, atau menara komando. Udara dipantau setiap hari untuk
menjamin agar kadar oksigennya mencukupi.
Udara juga disalurkan lewat saringan yang menyaring segala kotoran. Gas buang keluar melalui pipa terpisah.
Gambar 2.1 Model Wahana benam (sumber : https://id.wikipedia.org)
2.1.2 Jenis-Jenis Wahana benam
Jenis-jenis wahana benam berdasarkan tenaga penggerak (sistem propulsi) adalah sebagai berikut :
a. Wahana benam diesel elektrik b. Wahana benam nuklir
c. Wahana benam engineless
Jenis-jenis wahana benam berdasarkan fungsinya adalah sebagai berikut :
a. Wahana benam militer b. Wahana benam non militer
Jenis-jenis wahana benam berdasarkan tipenya adalah sebagai berikut :
a. SSK : wahana benam bertenaga diesel b. SSN : wahana benam bertenaga nuklir c. SSBN : wahana benam nuklir membawa
rudal
balistik
d. SLBM : wahana benam peluncur rudal balistik
2.1.3 Tahanan Wahana benam
Tahanan digunakan untuk memprediksi kebutuhan daya yang dibutuhkan wahana benam agar bisa beroperasi. Untuk menghitung tahanan kapal menggunakan rumus :
RT = RBH + RAPP
Dimana :
RT = tahanan total RBH = tahanan bare hull RAPP = tahanan appendages
Untuk menghitung tahanan bare hull menggunakan rumus :
RBH = 1
2 ρAV2Ct
Dimana :
ρ = massa jenis fluida A = luas area wahana benam V = kecepatan wahana benam, ft/s Ct = nondimensional drag coefficient
Untuk menghitung nondimensional drag coefficient mnggunakan rumus :
Ct = Cf + ΔCf + Cr + Cw
Dimana :
Cf = koefisien tahanan gesek ΔCf = correlation allowance Cr = koefisien tahanan residual Cw = koefisien tahanan gelombang
Menurut ITTC untuk menghitung gaya gesek menggunkana rumus :
Cf = 0,075
(𝑙𝑜𝑔10 𝑅𝑒−2)2
Dimana Reynolds number dirumuskan : Re = 𝑉 𝑥 𝐿
Dimana : 𝑣
L = panjang wahana benam
v = kinematic viscosity dari air laut Tabel 1 Kinematic velocity Temperature,
ΔCf memiliki nilai antara 0,0004 – 0,0009. Nilai koefisien tahanan gelombang ini bisa diabaikan.
Berikut tabel koefisien tahanan residual : Tabel 2 Tipe-tipe nilai Cr
Hull Form Cr x 103
Deep Quest 0,677
DSRV 0,435
Fleet Submersible 0,39
Albacone 0,1
(Eugene Allmendinger.1990)
Untuk menghitung tahanan appendage menggunakan rumus :
RAPP = 1
2 ρAV2Ct
Tabel 3 Tipe-tipe nilai Ct
Appandage Area Basic Ct
Small domes Profile 0,015
Antennae Projected 1,2
Cylinders Projected 1,2
Arms Wetted surface 0,005
Long faired protuberances
Wetted surface 0,005
Hole in skin Projected frontal 0,5 Planes Projected frontal 0,011
(Eugene Allmendinger.1990)
2.2. Sistem Propulsi Elektrik
Sistem propulsi elektrik adalah sistem propulsi pada kapal yang menggunakan motor propulsion sebagai mesin penggerak kapal. Keuntungan dalam penggunaan sistem propulsi elektrik adalah tempat yang dibutuhkan kecil, lebih ringan, dan tidak menimbulkan noise seperti mesin diesel. Namun untuk
propeler tertentu yang diputar dengan kecepatan dan putaran yang cukup tinggi, maka faktor suara tetap akan timbul. Karena mesin diesel membutuhkan perawatan yang ekstra, lebih mahal dan ukuran yang lebih besar, dan tidak cocok untuk kapal yang membutuhkan kecepatan tinggi, maka solusinya adalah menggunakan sistem propulsi elektrik.
Kebanyakan sistem penggerak tertutup, jumlah tenaga yang dihasilkan harus sesuai dengan jumlah tenaga yang dikeluarkan termasuk daya yang hilang.
Sedangkan pada sistem propulsi elektrik yang terdiri dari generator, distribusi sistem, termasuk distribusi transformer dan pengatur kecepatan, alur dayanya dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.2 Power flow pada sistem propulsi elektrik (sumber : Alf Kare Adnanes, 2003)
Jadi efisiensi dari sistem propulsi dirumuskan sebagai berikut:
η = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛 = 𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑜𝑢𝑡+𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠
Pada tiap-tiap komponen, efisiensi elektrik dapat diperhitungkan dan nilai pada generator yaitu Ƞ = 0,999, pada transformer yaitu Ƞ = 0,99-0,995, frekuensi converter yaitu Ƞ = 0,98-0,99, dan pada motor listrik yaitu: Ƞ = 0,95-0,97. Sehingga efisiensi sistem diesel elektrik jika dihitung dari poros mesin diesel hingga ke poros motor listrik adalah berkisar antara 0,88 dan 0,92 pada saat full load. Efisiensi juga tergantung pada sistem pembebanan.
(Alf Kare Adnanes. 2003)
2.2.1 Motor DC dan AC Sebagai Penggerak Kapal Penggunaan motor arus searah sebagai pengganti mesin penggerak utama adalah dirasa baik dan menguntungkan. Motor arus searah banyak memiliki beberapa kelebihan antara lain;
efisiensi tinggi dan sistem pengaturan yang lebih mudah dibandingkan dengan motor arus bolak-balik. Motor arus searah bekerja pada kecepatan yang relatif konstan, untuk kecepatan berubah-ubah motor DC lebih banyak dipakai namun dengan berkembangnya teknologi semikonduktor dan bidang elektronika daya, pengaturan kecepatan motor DC akan sangat lebih mudah lagi dalam hal pengaturan dan efisiensi yang lebih tinggi dikarenakan pengurangan pemborosan daya lebih kecil dan pengaturan yang lebih halus.
Perkembangan prime mover untuk penggerak utama di kapal mengalami perkembangan yang sangat pesat sejak ditemukannya uap oleh J.
Watt, mesin diesel oleh Rudolf Diesel serta turbin gas oleh Brayton. Pada tahun-tahun awal berbagai penemuan mengenai ketiga prime mover hanya berkisar pada penyempurnaan
sistem kerja. Dan pada dewasa ini berbagai perkembangan menjurus pada penggunaan emisi gas buang. Pada mesin diesel pengaturan putaran dan pembalikan putaran sangat dimungkinkan.
Tetapi pada proses pembalikan putaran pada mesin diesel membutuhkan waktu yang relatif lebih lama jika ditinjau mulai dari putaran normal. Untuk turbin uap dan turbin gas pengaturan putaran mempunyai range yang sangat sempit dari putaran normal. Dan untuk membalikkan putaran pada kedua jenis prime mover tersebut sangatlah tidak mungkin.
Berdasarkan pada fakta diatas maka para engineer mengembangkan sistem yang merupakan gabungan dari ketiga prime mover tersebut dengan motor listrik yang selanjutnya disebut dengan electric propulsion. Pada sistem electric propulsion, ketiga prime mover menggerakkan generator dan selanjutnya generator mensuplai listrik yang digunakan untuk memutar motor listrik. Jenis motor listrik yang digunakan disesuaikan dengan tipe atau fungsi kapal tersebut. Pada umumnya kapal yang mempunyai kegunaan khusus yang menggunakan motor DC dan untuk kapal niaga yang berorientasi profit pada umumnya menggunakan motor AC. Misalnya untuk kapal pemecah es (ice breaker) menggunakan motor DC dalam hal ini dikarenakan torsi yang diperlukan propeller sangat besar.
(Muhammad Iqbal Said. 2013)
Gambar 2.3 Skema sistem propulsi konvensional dan sistem diesel electric propulsion (sumber : Muhammad Iqbal Said, 2013)
2.3. Motor DC
2.3.1 Pengertian Motor DC
Motor DC adalah adalah motor yang mengubah tenaga listrik DC menjadi tenaga gerak atau mekanik yang berupa putaran pada rotor. Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc berada di stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar berada di rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik.
Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik fasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
Gambar 2.4 Motor DC (sumber : http://staff.ui.ac.id)
2.3.2 Bagian-Bagian Motor DC
Bagian-bagian motor DC adalah :
1. Stator adalah rumah dari motor yang diam sebagai tempat kedudukan kumparan medan.
2. Kumparan medan adalah bagian yang membangkitkan medan magnet dapat berupa medan magnet permanen maupun lilitan konduktor.
3. Rotor adalah poros yang berputar di dalam stator sebagai tempat kedudukan kumparan jangkar.
4. Kumparan jangkar adalah bagian yang dialiri arus untuk mendapatkan efek induksi elektromagnetik.
5. Brushes adalah bagian pada stator yang berhubungan dengan sumber tegangan di luar motor dan berkontak dengan komutator pada rotor sehingga memungkinkan adanya arus listrik pada jangkar.
(Sardono Sarwito.2006)
Gambar 2.5 Bagian-bagian motor DC (Sumber : http://staff.ui.ac.id)
2.3.3 Cara Kerja Motor DC
Jika arus melewati suatu konduktor, maka akan timbul medan magnet di sekitar konduktor.
Arah medan magnet ditentukan oleh aliran arus pada konduktor.
Gambar 2.6 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor
(sumber : http://staff.ui.ac.id)
Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Medan magnet hanya terjadi di sekitar konduktor jika ada arus yang mengalir pada konduktor tersebut. Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.
Gambar 2.7 Medan magnet yang menghalangi konduktor
(sumber : http://staff.ui.ac.id)
Jika konduktor berbentuk U diletakkan di antara kutub utara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet kutub.
Gambar 2.8 Reaksi garis fluks (sumber : http://staff.ui.ac.id)
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini.
Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat
tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torsi untuk memutar kumparan.
Motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnet yang dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Perubahan dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.9 Prinsip kerja motor DC (sumber : http://staff.ui.ac.id)
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan.
Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
Beban torsi konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torsinya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah corveyors dan rotary kilns.
Beban dengan variabel torsi adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi yang bervariasi adalah pompa sentrifugal dan fan serta untuk peralatan energi listrik adalah motor listrik.
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan.
Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
2.3.4 Jenis-Jenis Motor DC
Jenis-jenis motor DC adalah sebagai berikut : 1. Separately Excited (penguat terpisah)
Motor DC penguat terpisah atau separately excited disuplai oleh dua sumber tegangan berbeda (Vt dan Vf) pada masing-masing kumparan, yaitu kumparan jangkar dan kumparan medan.
Vf = If.Rf Vt = Ea + Ia.Ra Ea = C.n.ɸ
Gambar 2.10 Rangkaian motor DC penguat terpisah
(sumber : https://www.linkedin.com)
2. Self Excited (penguat sendiri)
Motor DC penguat sendiri atau self excited disuplai oleh satu sumber tegangan (Vt=
tegangan terminal) pada kedua kumparannya, kumparan jangkar dan kumparan medan. Motor DC penguat sendiri dibagi menjadi 3 tipe berbeda berdasarkan rangkaian, antara lain:
1. Motor DC Shunt
Ialah motor DC dengan kumparan penguat yang dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar.
Vf = Vt Vt = Ish.Rsh Vt = Ea + Ia.Ra Ea = C.n.ɸ
Gambar 2.11 Rangkaian motor DC shunt (sumber : https://www.linkedin.com)
Gambar 2.12 Grafik torsi motor DC shunt (sumber : https://www.linkedin.com)
2. Motor DC Seri
Ialah motor DC yang memiliki hubungan seri antara kumparan jangkar dengan kumparan penguat.
Is = IL = Ia Vs = Is = Rs
Vt = Ea +Ia.Ra + Ia.Rs Ea = C.n.ɸ
Gambar 2.13 Rangkaian motor DC seri (sumber : https://www.linkedin.com)
Gambar 2.14 Grafik motor DC seri (sumber : https://www.linkedin.com)
3. Motor DC Compound
Motor DC Compound atau campuran memiliki dua tipe berbeda, yaitu Motor DC Long Compound dan Motor DC Short Compound. Pada motor DC tipe ini, memiliki kumparan penguat yang dililitkan seri dan paralel.
Motor DC Short Compound IL = Ish + Ia
IL = Is Vsh = Ish.Rsh Vs = Is.Rs = IL.Rs Vsh = Ea + Ia.Ra Ea = C.n.ɸ Vt = Vsh + Vs
Vt = Is.Rs + Ea + Ia.Ra
Gambar 2.15 Rangkaian motor DC short compound
(sumber : https://www.linkedin.com)
Motor DC Long Compound IL = Ish + Ia
Ia = Is Vsh = Ish.Rsh Vsh = Vt
Vs = Is.Rs = Ia.Rs Vt = Ea + Ia.Ra +Vs Vt = Ea + Ia.Ra + Ia.Rs Ea = C.n.ɸ
Gambar 2.16 Rangkaian motor DC long compound
(sumber : https://www.linkedin.com)
Gambar 2.17 Grafik motor DC compound (sumber : https://www.linkedin.com)
2.3.5 Karakteristik Motor DC
Karakteristik motor DC dibagi menjadi beberapa hubungan :
a. Torsi dan arus jangkar, yaitu karakteristik T/Ia yang biasanya disebut dengan karakteristik listrik.
Gambar 2.18 Karakteristik T/Ia
(sumber : http://repository.usu.ac.id, 2011)
b. Kecepatan dan arus jangkar, yaitu karakteristik N/Ia.
Gambar 2.19 Karakteristik N/Ia
(sumber : http://repository.usu.ac.id, 2011)
c. Kecepatan dan torsi yaitu karakteristik N/T yang disebut dengan karateristik mekanis.
Gambar 2.20 Karakteristik N/T
(sumber : http://repository.usu.ac.id, 2011)
2.3.6 Prinsip Arah Putaran pada Motor DC
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F. Prinsip motor adalah aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan.
Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.
Gambar 2.21 Gaya Lorentz
(sumber : http://repository.usu.ac.id, 2011)
Ibu jari : menunjukkan arah arus listrik.
Jari tengah : menunjukkan arah gaya Lorentz Jari telunjuk : menunjukkan arah medan magnet.
Besarnya gaya Lorentz yang timbul adalah sebagai berikut:
F = B . I . L
Dimana:
F : gaya Lorentz yang dialami penghantar(N) I : besar arus pada penghantar(A)
L : panjang sisi kumparan
B : kerapatan fluks (WB/m2) = Φ/A Φ : fluks total (Weber)
A : luas medan magnet (m2)
2.3.7 Pengaturan Putaran pada Motor DC Dari rumus umum motor DC, didapatkan : Vt = Ea + Ia.Ra
Ea = C.n.ɸ Ea = Vt – Ia.Ra C.n.ɸ = Vt – Ia.Ra n = (Vt-Ia.Ra)/(C.ɸ)
Sehingga, untuk mengatur putaran dari motor DC dapat menggunakan tiga macam cara, antara lain:
a. Pengaturan medan
Pengaturan medan pada motor DC ialah dengan menambahkan kumparan (variable resistance) yang dihubungkan seri dengan kumparan medan. Pengaturan putaran motor DC dengan mengatur medan magnet memiliki karakteristik antara lain:
Kecepatan minimum dari motor dapat diperoleh ketika variable resistance mendekati nol atau sama dengan nol.
Kecepatan maksimum pada motor DC dibatasi oleh kapasitas maksimum dari gaya sentrifugal pada poros motor DC.
Memiliki heat losses yang rendah.
Mudah dan sederhana dalam pengaplikasian rangkaiannya.
Hanya dapat diaplikasikan pada tipe motor DC shunt dan motor DC long compound.
Range putaran nominal ke atas, nilai putaran terendah berada pada putaran nominal.
Putaran dibatasi oleh kekuatan poros.
Gambar 2.22 Rangkaian motor DC dengan pengaturan medan
(sumber : https://www.scribd.com)
b. Pengaturan arus jangkar
Pada pengaturan arus jangkar, variabel rheostadt dihubungkan seri dengan kumparan jangkar, sehingga hasil dari Ia.Ra dapat diatur.
Dengan mengatur hasil dari Ia.Ra maka kecepatan motor dapat ditentukan. Namun,
pengaturan motor DC dengan metode ini sangat jarang digunakan karena dapat meningkatkan heat losses pada variabel resistance. Pada pengaturan arus jangkar, nilai putaran tertinggi berada pada putaran nominal.
Kelemahan dari penggunaan metode ini ialah dapat menghasilkan heat losses yang tinggi.
Gambar 2.23 Rangkaian motor DC dengan pengaturan arus jangkar
(sumber : https://www.scribd.com)
c. Pengaturan tegangan (Ward-Leonard)
Pengaturan motor DC dengan mengatur tegangan menggunakan metode Ward-Leonard. Pengaturan jenis ini biasa digunakan pada industri yang memiliki proses penggulungan (rolling process) seperti, industri kertas, industri plat baja, dll. Dengan beberapa modifikasi, metode ini dapat diaplikasikan di kapal khususnya pada sistem propulsi listrik di kapal.
Karakteristik dari pengaturan putaran motor DC dengan metode Ward-Leonard antara lain:
Input atau masukan dari generator memiliki kecepatan yang konstan, yang disuplai oleh motor induksi.
Tegangan output dari generator DC ialah tegangan input pada motor DC sehingga dapat diatur.
Kegunaan dari variabel resistance pada generator DC ialah sebagai pengendali atau pengatur tegangan output dari generator DC.
Pengaturan arus medan pada motor DC bertujuan untuk mengatur torsi pada motor DC.
Kekurangan dari metode Ward-Leonard ialah biaya yang dibutuhkan lebih tinggi jika dibandingkan dengan metode pengaturan putaran yang lain.
Kontrol putaran sangat halus, dimulai saat n=0 hingga putaran mencapai putaran nominal.
Gambar 2.24 Rangkaian motor DC dengan pengaturan tegangan
(sumber : https://www.scribd.com)
2.3.8 Torsi dan Torsi Poros
Torsi yang dihasilkan motor DC bergantung dari 3 faktor yaitu :
a. Fluks, Φ b. Arus jangkar, Ia c. Konstanta, C
Sehingga dapat dirumuskan : T = C.Ia.Φ
Keseluruhan torsi dari jangkar, sebagaimana yang dihitung diatas tidak terpakai untuk melakukan kerja seluruhnya. Sebab adanya kerugian tenaga dalam motor DC yaitu rugi-rugi besi dan gesekan. Torsi yang benar-benar digunakan untuk kerja adalah torsi poros. Horse power (HP) yang dihasilan oleh torsi poros disebut brake house power (BHP) daya kuda rem sebab merupakan HP yang dipakai pada saat rem.
BHP = (Tsh x 2πN)/(735,5)
Tsh = (735,5 x BHP)/2πN 1 HP = 735,3 watt T – Tsh disebut torsi hilang (lost torque).
Torsi hilang = 0,159 x (rugi-rugi besi dan gesekan)/N dalam satuan Nw-m = 0,0162 x (rugi-rugi besi dan gesekan)/N dalam satuan kg-m
2.3.9 Rangkaian Motor DC untuk Sistem Propulsi Wahana benam
Gambar 2.25 Rangkaian seri motor DC yang akan disimulasikan
Gambar 2.26 Rangkaian paralel motor DC yang akan disimulasikan
Data motor listrik DC adalah sebagai berikut : Jumlah : 1 buah
Type : DC motor shunt 380 Volt DC Daya : 2 x 1850 kW pada 200 rpm Konstruksi : dibuat dobel jangkar
Data baterai adalah sebagai berikut : Jumlah : 480 cell, dibagi 4 group Tegangan : 2 Volt / Cell
Kapasitas : 10260 AH
Dimensi : (1421 x 290 x 450) mm3 Berat : 525 + 2 kg
Data wahana benam yang akan dijadikan objek simulasi sistem propulsi elektrik adalah sebagai berikut :
Panjang keseluruhan : 59,57 m Diameter dalam kapal : 6,20 m Tinggi sarat air : 5,50 m Tinggi seluruhnya : 11,34 m Displacement menyelam : 1390 m3 Kedalaman menyelam : 250 m Kec. Waktu menyelam : 21, 5 knot
Panjang keseluruhan : 59,57 m Diameter dalam kapal : 6,20 m Tinggi sarat air : 5,50 m Tinggi seluruhnya : 11,34 m Displacement menyelam : 1390 m3 Kedalaman menyelam : 250 m Kec. Waktu menyelam : 21, 5 knot