BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.7 Rugi Rugi Motor Arus Searah
Gambar 2.24 Karakteristik putaran terhadap torsi motor dc penguatan seri
2.7 Rugi-Rugi Motor Arus Searah
Motor DC menerima daya masukan berupa energi listrik dan menghasilkan daya keluaran berupa energi mekanis.Akan tetapi tidak seluruh daya masukan ke motor diubah menjadi daya keluaran yang berguna,selalu ada energi yang hilang selama proses pengkonversian energi tersebut.Energi yang hilang tersebut ada yang dikonversikan menjadi panas dan ada yang diserap oleh mesin untuk mengatasi gesekan karena adanya bagian yang berputar di dalam mesin.Rugi-rugi daya dalam bentuk panas ini jika nilainya terlalu besar akan dapat menyebabkan kenaikan temperatur motor yang dapat merusak isolasi dan mempercepat berkurangnya umur ekonomis motor sehingga membatasi daya keluaran motor.Berikut proses pengkonversian energi pada motor DC dalam aliran daya di bawah ini [2] :
30
Gambar 2.25 Diagram aliran daya pada motor arus searah
Dengan demikian selalu ada selisih antara daya masukan dan daya keluaran motor. Ini merupakan rugi-rugi daya yang terjadi di dalam motor. Dalam persamaan dinyatakan dengan :
∑ Rugi-Rugi = Daya Masukan – Daya Keluaran [2]
Akhirnya,rugi-rugi di dalam motor DC didefenisikan sebagai selisih daya antara daya masukan yang diterima motor dengan daya keluaran yang dapat dihasilkannya dimana selisih daya tersebut berubah menjadi bentuk energi yang lain yang tidak dapat digunakan bahkan dapat merugikan bagi motor itu sendiri.
2.7.1 Rugi-Rugi Tembaga (Copper Loss)
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 Rs dan Ra,maka jika mengalir arus searah sebesar IS dan Iaakan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan [3] :
Wcu =(Ra+2Rs) I12 + I22 Ra ...(2.15) Dimana : Wcu = rugi tembaga kumparan jangkar dan medan seri
31
I1 = arus motor
I2 = arus generator (beban) Ra = resistansi jangkar Rs = resistansi medan seri
2.7.2 Rugi-Rugi Inti (Core or Iron Losses)
Rugi-rugi ini 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
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 2.26 Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub
Gambar 2.26 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 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[9] :
Ph = η B1.6 max f υ Watt...(2.16) Dimana : Ph = rugi hysteresis
32
f = frekuensi pembalikan magnetik
= dimana n dalam rpm dan P=jumlah kutub υ = volume jangkar (m3)
η = koefisien hysteresis Steinmentz 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 bersikulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.27.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[10].
(a) (b)
Gambar 2.27 (a) Arus pusar didalam jangkar yang padat (b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi
2.7.3 Rugi-Rugi Mekanis (Mechanical Losses)
Rugi-rugi mekanis di dalam mekanis motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan angin.Rugi-rugi gesekan adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara permukaan bagian-bagian yang
33
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. Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing) motor.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[8].
2.7.4 Rugi-Rugi Beban Stray (Stray Load Losses)
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 seri di atas juga dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu :
34
1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya selalu tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan. Rugi-rugi inti + mekanis disebut dengan rugi-rugi rotasi. Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi konstan adalah :
a. Rugi-rugi inti yaitu rugi-rugi hysteresis dan arus pusar b. Rugi-rugi mekanis yaitu rugi-rugi gesek dan angin.
2. Rugi-rugi variabel yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya bervarisasi terhadap arus pembebanan. Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi ini adalah:
a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (Ia2Ra). b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri (Ia2Rs) c. Rugi jatuh tegangan sikat (VbdIa)
Sehingga rugi-rugi total di dalam Motor DC adalah : ∑ Rugi-Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel [3]