Rugi-Rugi Motor Arus Searah - TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.5 Rugi-Rugi Motor Arus Searah

Rugi-rugi di dalam motor arus searah dikelompokkan menjadi dua yaitu:

1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor arus searah yang nilainya selalu tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan. 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.

c. Rugi-rugi tembaga medan shunt.

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 (I_a²R_a) b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri (I_a²R_s) c. Rugi jatuh tegangan sikat (V_bdI_a)

Sehingga rugi-rugi total di dalam motor DC adalah:

∑ Rugi-Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel ... (2.17) 2.6 Torsi Motor Arus Searah

Torsi adalah putaran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Torsi diukur dengan hasil kali gaya dengan jari-jari lingkaran dimana gaya tersebut bekerja.

Gambar 2.16 menunjukkan pada suatu roda dengan jari-jari r bekerja suatu gaya F Newton yang menyebabkan benda berputar dengan kecepatan n putaran per detik.

Torsi = F x r Newton-meter (Nm) ... (2.18)

Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu putaran adalah = F x 2 π r Joule

Gambar 2.16 Suatu roda yang berputar karena mengalami suatu gaya Daya yang dibangkitkan:

P = F x 2 π r x n Joule/detik ... (2.19) P = (F x r) x 2 π n Joule/detik ... (2.20)

Jika:

2 π n = kecepatan sudut (ω) dalam rad/detik F x r = torsi T

Maka daya yang dibangkitkan:

P = T x ω Joule/detik ... (2.21) P = T x ω Watt ... (2.22) Torsi motor arus searah dapat dibedakan menjadi dua yaitu:

1. Torsi Jangkar

Di dalam motor arus searah, setiap konduktor di bagian permukaan jangkar akan mengalami gaya F pada suatu jarak r yang merupakan jari-jari jangkar (Gambar 2.16). Dengan demikian, masing-masing konduktor menghasilkan suatu torsi yang cenderung untuk memutar jangkar. Jumlah seluruh torsi yang dihasilkan oleh konduktor jangkar dikenal dengan torsi jangkar (Ta).

Jika pada suatu motor arus searah:

r = rata-rata jari-jari jangkar (meter)

l = panjang efektif masing-masing konduktor (meter) Z = jumlah total konduktor jangkar

i = arus dalam setiap konduktor = Ia/A (Ampere) B = rapat fluks rata-rata (Weber/meter2)

Φ = fluks per kutub (Weber) P = jumlah kutub

Maka gaya pada setiap konduktor,

F = B i l Newton ... (2.23)

Torsi yang dihasilkan oleh suatu konduktor,

T = F x r Newton-meter ... (2.24) Torsi jangkar total,

T_a = Z F r Newton-meter ... (2.25) T_a = Z B i l r Newton-meter ... (2.26) Sekarang i = I_a/A, B = Φ/a dimana a adalah luas penampang jalur fluks per kutub pada jari-jari r. Jelasnya, a = 2𝜋𝑟¹ karena Z, P dan A nilainya selalu tetap, maka:

T_a ~ Φ I_a

Ekspresi lainnya untuk menyatakan besarnya torsi jangkar yaitu:

𝐸_𝑎 =^𝑃ΦZn

60 𝐴 ... (2.31) ^𝑃ΦZ

𝐴 = ^{60 𝐸}_𝑛^𝑎 ... (2.32) Dari Persamaan 2.30 diperoleh persamaan untuk T_a yaitu:

T_a = 0,159 x [ ^{60 E}^a

n ] x I_a ... (2.33)

atau

T_a = 9,55 xÊâÎâ

n Nm...………... (2.34) 2. Torsi Poros

Torsi yang dapat dimanfaatkan pada poros untuk melakukan usaha yang berguna dikenal dengan torsi poros. Ini dilambangkan dengan Tsh. Torsi poros merupakan torsi yang akan menghasikan daya keluaran motor yang berguna. Jika kecepatan motor adalah n rpm, maka:

Daya keluaran (Watt) = ^2πnT^sh

60 ... (2.35) atau

T_sh =Daya keluaran (watt)

2πn/60 ... (2.36) atau

T_sh = 9,55 x Daya keluaran (watt)

n N-m ……... (2.37) 2.7 Efisiensi Motor Arus Searah

Seperti halnya dengan motor listrik lainnya, pada motor listrik arus searah, efisiensinya dinyatakan sebagai berikut:

η (%) =^P^out

P_in x100 % ………... (2.38) Dimana:

P_in = daya masukan P_out = daya keluaran

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Penelitian dilaksanakan pada tanggal 12 September 2017.

3.2 Bahan dan Peralatan

Bahan dan peralatan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah:

1. Motor Arus Searah EAG 1,2 KW Spesifikasi : - P = 1,2 KW, 1400 rpm

- Lap wanding, Jumlah kutub = 2 - Komutator = 81, Kelas isolasi B

- Tahanan Medan Shunt (J-K) = 1,25 kΩ - Tahanan Medan Seri (E-F) = 0,6 Ω

- Tahanan Medan Jangkar (GA-HB) = 3,8 Ω 2. Generator Arus Searah

3. PTDC dan PTAC 4. Kutub bantu 5. Multimeter 6. Tachometer

7. Kabel penghubung

3.3 Variabel yang diamati

Pada penelitian ini variabel yang diamati adalah:

1. Arus 2. Putaran 3. Posisi sikat

4. Penambahan kutub bantu 3.4 Prosedur Percobaan

3.4.1 Prosedur Percobaan Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa Penambahan Kutub Bantu

Adapun prosedur percobaannya adalah:

1. Merangkai rangkaian percoban pergeseran sikat motor arus searah kompon pendek tanpa penambahan kutub bantu. Adapun gambar rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa Penambahan Kutub Bantu

2. Atur besar RL menjadi 100 Ohm.

3. Atur posisi sikat pada posisi -30⁰.

4. Tutup saklar S2, naikkan PTDC sampai 0,2 ampere.

5. Tutup saklar S1, naikkan PTAC sampai 50 volt.

6. Catat nilai A1, A2, A3 dan n pada kondisi ini.

7. Turunkan PTDC hingga posisi nol lalu turunkan putaran dengan mengatur PTAC hingga posisi nol.

8. Buka saklar S1 dan S2 lalu atur posisi sikat -20⁰, -10⁰, 0⁰, 10⁰, 20⁰ dan 30⁰. Kemudian ulangi langkah 4, 5, dan 6 hingga diperoleh data tiap posisi sudut yang diinginkan.

9. Pengujian selesai.

3.4.2 Prosedur Percobaan Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

Adapun prosedur percobaannya adalah:

1. Merangkai rangkaian percoban pergeseran sikat motor arus searah kompon pendek dengan penambahan kutub bantu. Adapun gambar rangkaian ditunjukkan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

2. Atur besar RL menjadi 100 Ohm.

3. Atur posisi sikat pada posisi -30⁰.

4. Tutup saklar S2, naikkan PTDC sampai 0,2 ampere.

5. Tutup saklar S1, naikkan PTAC sampai 50 volt.

6. Catat nilai A1, A2, A3 dan n pada kondisi ini.

7. Turunkan PTDC hingga posisi nol lalu turunkan putaran dengan mengatur PTAC hingga posisi nol.

8. Buka saklar S1 dan S2 lalu atur posisi sikat -20⁰, -10⁰, 0⁰, 10⁰, 20⁰ dan 30⁰. Kemudian ulangi langkah 4, 5, dan 6 hingga diperoleh data tiap posisi sudut yang diinginkan.

9. Pengujian selesai.

3.4.3 Diagram Alir Penelitian

Diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Merangkai

Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Motor arus searah adalah suatu mesin listrik yang berfungsi untuk mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanik, dimana energi mekanik ini berupa putaran rotor. Proses pengkonversian energi listrik menjadi energi mekanik ini berlangsung di dalam medan magnet.

Motor arus searah penguatan kompon terbagi atas dua yaitu penguatan kompon pendek dan kompon panjang. Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt.

Pada saat motor arus searah penguatan kompon pendek ini diberi beban maka pada kumparan stator akan mengalir arus jangkar. Dan arus ini akan menimbulkan fluksi jangkar yang akan berinteraksi dengan fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan rotor (fluksi utama). Akibatnya akan terjadi perubahan bentuk fluksi utama. Pengaruh reaksi jangkar ini akan menyebabkan adanya percikan bunga api pada sikat-sikat motor.

Percikan ini dikarenakan oleh pergeseran bidang netral magnetik dari motor tersebut (biasanya dalam keadaan normal garis netral magnetik berimpit dengan garis netral geometrik).

Untuk mengatasi masalah ini maka diperlukan tiga cara yaitu pergeseran sikat, penambahan kutub bantu, dan belitan kompensasi. Pada tulisan ini akan dibahas pengaruh pergeseran sikat dan penambahan kutub bantu pada motor arus

searah penguatan kompon pendek, dimana data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran yang dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.

Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah motor DC AEG tipe Gd 110/110 G-Mot Nr. 7983745 dengan spesifikasi yaitu:

P = 1,2 kWatt Jumlah Kutub = 2 Kelas Isolasi = B

Tahanan Medan Shunt (J-K) = 1,25 kΩ Tahanan Medan Seri (E-F) = 0,6 Ω

Tahanan Medan Jangkar (GA-HB) = 3,8 Ω 4.2 Data Pengujian

Vt = 50 Volt RL = 100 Ω Rs= 0,6 Ω

Ra = 3,8 Ω Rsh = 1250 Ω l = 0,35 m

Data pengujian pergeseran sikat motor arus searah kompon pendek tanpa penambahan kutub bantu dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data Pengujian Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek Tanpa Penambahan Kutub Bantu

Vt = 50 Volt RL = 100 Ω Rs = 0,6 Ω l = 0,35 m Ra = 3,8 Ω Rsh = 1250 Ω Rkb = 0,2 Ω

Data pengujian pergeseran sikat motor arus searah kompon pendek dengan penambahan kutub bantu dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Data Pengujian Pergeseran sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek Dengan Penambahan Kutub Bantu

4.3.1 Pengujian Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek Tanpa Penambahan Kutub Bantu

= 190 x 10 x 0,35

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap posisi sikat, maka akan diperoleh efisiensi dan torsinya seperti pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Efisiensi dan Torsi Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek Tanpa Penambahan Kutub Bantu

Posisi

4.3.2 Pengujian Pergeseran Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek

= ^110,63

153 𝑥 100 % = 72,3 %

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap posisi sikat, maka akan diperoleh efisiensi dan torsinya seperti pada Tabel 4.4.

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi dan Torsi Posisi Sikat Motor Arus Searah Kompon Pendek Dengan Penambahan Kutub Bantu

Posisi

Dari hasil perhitungan di atas maka didapat perbandingan efisiensi dan torsi antara motor arus searah kompon pendek tanpa penambahan kutub bantu dengan motor arus searah kompon pendek dengan penambahan kutub bantu seperti pada tabel 4.5 dan tabel 4.6.

Tabel 4.5 Perbandingan Efisieni Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa Penambahan Kutub Bantu dengan Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

Posisi Sikat

Tabel 4.6 Perbandingan Torsi Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa

Penambahan Kutub Bantu dengan Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

Dari tabel 4.5 dan tabel 4.6 maka akan didapat grafik perbandingan efisiensi dan torsi motor arus searah kompon pendek tanpa penambahan kutub bantu vs motor arus searah kompon pendek dengan penambahan kutub bantu yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2.

Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Efisiensi Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa Penambahan Kutub Bantu vs Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

60,0%

Efisiensi Tanpa Kutub Bantu Efisiensi Dengan Kutub Bantu

Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Torsi Motor Arus Searah Kompon Pendek tanpa Penambahan Kutub Bantu vs Motor Arus Searah Kompon Pendek dengan Penambahan Kutub Bantu

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00

-30° -20° -10° 0° 10° 20° 30°

Torsi (Nm)

Pergeseran Sikat

Torsi Tanpa Kutub Bantu Torsi Dengan Kutub Bantu

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dibuat, maka diperoleh kesimpulan:

1. Pada motor arus searah kompon pendek yang diuji dengan melakukan pergeseran sikat tanpa penambahan kutub bantu efisiensi dan torsi tertinggi diperoleh pada posisi sikat +30⁰ yaitu sebesar 70,7 % dan 0,84 Nm.

2. Pada motor arus searah kompon pendek yang diuji dengan melakukan penambahan kutub bantu tanpa melakukan pergeseran sikat efisiensi dan torsi diperoleh yaitu sebesar 75,8 % dan 0,75 Nm.

3. Pada motor arus searah kompon pendek yang diuji dengan menggunakan penambahan kutub bantu efisiensi dan torsi tertinggi diperoleh pada posisi sikat +30⁰ yaitu sebesar 79 % dan 0,88 Nm.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran dari skripsi ini yaitu:

1. Selain menggunakan pengaturan posisi sikat dan penambahan kutub bantu dapat juga dilakukan dengan belitan kompensasi

2. Melakukan penelitian selanjutnya dengan menggunakan torsi meter.

3. Melakukan dengan motor arus searah lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Lister, Eugene C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik Edisi Keenam.

Jakarta: Erlangga

[2] Tambunsaribu, Samson M. 2014. Pengaruh Posisi Sikat Terhadap Waktu Pengereman pada Motor Arus Searah Penguatan Shuhnt, (Skripsi).

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

[3] Theraja B.L., “A Text Book of Electrical Technology”, Nurja Construction

& Development, New Delhi, 1980.

[4] Elgerd, Olle I. 1976. ”Basic Electric Power Engineering”, AddisonWesley Publishing Company, Florida.

[5] Mehta V.K dan Rohit., “ Principles of Elektrical Mechines”, S.Chand dan Company LTD, Ram Nagar New Delhi, 2002.

[6] Sitinjak, R.E. 2008. Perbandingan Pengereman Motor DC Penguatan Seri Dengan Metode Dinamis dan Plugging, (Skripsi). Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

[7] Wijaya, Mochtar. 2001. Dasar-Dasar Mesin Listrik. Djambatan. Jakarta.

[8] Siahaan, Ramcheys. 2012. Studi Pengaruh Perubahan Posisi Sikat Terhadap Efisiensi Motor DC Shunt. Medan: Departemen Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

[9] Sumanto.1995.“Mesin Arus Searah“(edisi ketiga). Yogyakarta : Andi Offset.

[10] El Sharkawi, Mohamed A. 2000, “Fundamentals of Electric Drives” . USA: Brooks/Cole Publising Co.

LAMPIRAN

DATA PERCOBAAN MOTOR ARUS SEARAH KOMPON PENDEK DENGAN METODE PERGESERAN SIKAT

DAN PENAMBAHAN KUTUB BANTU

Asisten Lab. Konversi Energi Listrik

Fajri Mardiansyah 140402006

Dalam dokumen PERBANDINGAN KARAKTERISTIK EFISIENSI DAN TORSI MOTOR ARUS SEARAH KOMPON PENDEK DENGAN METODE PERGESERAN SIKAT DAN PENAMBAHAN KUTUB BANTU (Halaman 32-0)