ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT
(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Energi
Listrik
Oleh:
NIM : 090402021 AGUNG KHAIRI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT
(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh:
090402021 AGUNG KHAIRI
Disetujui oleh: Pembimbing,
Ir. SYAMSUL AMIEN M.Si NIP. 19530622 198103 1 002
Diketahui oleh:
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
NIP. 19540531 198601 1 002 Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirobbil’alamin senantiasa penulis ucapkan kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan bagi penulis untuk dapat terlahir di tengah keluarga yang baik dan karena atas izin-Nya lah maka Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tak lupa pula shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW yang harus selalu menjadi panutan umat muslim di seluruh dunia.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada kedua orang tua terhebat di muka bumi ini yaitu Bapak Asmadi dan Ibu Wahyuni Hasanah S.Pd yang senantiasa mencurahkan kasih sayang dan doa yang tiada terhitung kepada penulis, serta adik-adikku tercinta Ridho Khairi, Khaibar Khairi, Haikal Khairi dan Adzkia Putri Khairia.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :
ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT
(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.Si, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Dosen Wali penulis yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing dan mengarahkan penulis baik semasa kuliah maupun saat proses penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.
3. Om Isroi Tanjung, ST (Om Roy) selaku Pegawai di Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data.
4. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
5. Yulia Erianti, seorang teman, sahabat dan penyemangat yang luar biasa. Terima kasih atas dukungan dan doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
6. Sahabat-sahabat terbaikku dari angkatan 2009, Rizky (bundil) ST, Rizal (Wak), Dimas, Yuli, Nisa (Dugong), Marfans Sahabat Mesin (elketro008), Al Rizi (Rijikos), Dolmen, Adly wkwk, Afit, Dinyok, Bang Faya, Tondymen, Wangto Tegangan Tinggi, Ahmad, Pak Doni, Fahrul, Nanda, Mahkur, Kentrick, Teguh, Budi, Arif, Reza, Leo, Asri (jiiaaaaahhh), dan semua teman-teman angkatan 2009 lainnya.
Kak Siska, dan lain-lain ) yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada penulis selama masa perkuliahan.
8. Adik – adik junior ( Rimbo, Zein, Rais, Endra, Fikry, Yoga, Angga, Wahyudi, dan lain-lain ) yang selalu siap sedia menolong penulis kapanpun dibutuhkan.
9. Asisten Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU ( Djaka, Diky, Dhuha, Bembeng ) yang secara ikhlas membantu penulis selama proses pengambilan data.
10.Kak Senja ( makasih buat printernya ) dan semua sepupuku yang telah berpartisipasi mengkritik dan membantu penyelesaian tugas akhir ini.
11.Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhirini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyemepurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkannya.
Medan, September 2013 Penulis
ABSTRAK
Penggunaan motor arus searah akhir - akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Oleh sebab itu, motor DC dituntut harus memiliki torsi dan putaran yang tinggi. Untuk dapat mencapai putaran yang konstan maka diperlukan supply tegangan yang baik. Tetapi hal itu tidak sepenuhnya dapat tercapai mengingat adanya gangguan berupa tegangan jatuh pada saluran penghantar. Turunnya tegangan supply pada motor selain mempengaruhi putaran juga mempengaruhi torsi yang dihasilkan oleh motor.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Metode Penulisan ... 3
1.5. Sistematika Penulisan ... 4
BAB II MOTOR ARUS SEARAH 2.1. Umum ... 6
2.2. Konstruksi Motor Arus Searah ... 7
2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah ... 10
2.4. Reaksi Jangkar ... 15
2.5. Jenis-Jenis Motor Arus Searah ... 18
2.5.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas ... 19
2.5.2.1. Motor Arus Searah Penguatan Seri ... 20
2.5.2.2. Motor Arus Searah Penguatan Shunt ... 22
2.5.2.3. Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 23
2.6. Gaya Gerak Listrik Lawan Pada Motor Arus Searah ... 25
2.7. Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 26
BAB III PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH 3.1. Umum ... 29
3.2. Jatuh Tegangan ... 29
3.3. Torsi Motor Arus Searah ... 32
3.3.1. Torsi Jangkar Motor Arus Searah ... 34
3.3.2. Torsi Poros Motor Arus Searah ... 37
3.4. Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor Arus Searah ... 38
3.5. Pengaruh Turunnya Tegangan Terhadap Persamaan Putaran Dan Torsi Motor ... 39
BAB IV ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT 4.1. Umum ... 40
4.2. Peralatan Pengujian ... 40
4.3. Spesifikasi Motor ... 41
4.4.1. Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi
Tanpa Beban ... 42 4.4.2. Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi
Berbeban ... 42 4.5 Prosedur Pengujian ... 43
4.5.1. Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi
Tanpa Beban ... 43 4.5.2. Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi
Berbeban ... 43 4.6 Data Pengujian ... 44
4.6.1. Data Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Tanpa
Beban ... 44 4.6.2. Data Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi
Berbeban ... 45 4.7 Analisis Data Pengujian ... 45 4.8 Grafik Pengujian ... 49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan ... 50 5.2. Saran ... .. 50
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator ... 7
Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor ... 7
Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam medan magnet ... 11
Gambar 2.4 Prinsip perputaran motor arus searah ... 12
Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan ... 15
Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar ... 16
Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar ... 17
Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas ... 19
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri ... 21
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt... 22
Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek ... 23
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang ... 24
Gambar 2.13 Kurva karakteristik torsi – arus jangkar ( Ta/Ia ) ... 27
Gambar 2.14 Kurva karakteristik putaran – arus jangkar ( n/Ia ) ... 28
Gambar 2.15 Kurva karakteristik putaran – torsi ( n/Ta ) ... 28
Gambar 3.1 Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya ... 32
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian penurunan tegangan terminal motor DC shunt pada kondisi tanpa beban ... 45 Tabel 4.2 Data hasil pengujian penurunan tegangan terminal motor DC shunt
pada kondisi berbeban ... 45 Tabel 4.3 Hasil analisis data penurunan tegangan terminal pada motor DC
ABSTRAK
Penggunaan motor arus searah akhir - akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Oleh sebab itu, motor DC dituntut harus memiliki torsi dan putaran yang tinggi. Untuk dapat mencapai putaran yang konstan maka diperlukan supply tegangan yang baik. Tetapi hal itu tidak sepenuhnya dapat tercapai mengingat adanya gangguan berupa tegangan jatuh pada saluran penghantar. Turunnya tegangan supply pada motor selain mempengaruhi putaran juga mempengaruhi torsi yang dihasilkan oleh motor.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor arus searah adalah sebuah mesin yang berfungsi mengubah energi listrik arus searah ( DC ) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Berdasarkan fisiknya motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam ( stator ) dan bagian yang bergerak ( rotor ). Stator merupakan tempat diletakannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan rotor ditempati oleh rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat.
Motor DC sangat banyak digunakan dalam aplikasi industri. Penggunaan motor DC dapat dijumpai misalnya sebagai motor penggerak beban mekanik. Biasanya bebannya berupa pompa air, blower, dan lain - lain. Dalam penggunaannya diharapkan motor DC dapat bekerja secara efisien, dimana efisiennya suatu motor DC dapat kita lihat dari besarnya nilai efisiensinya.
Dalam prakteknya tegangan yang di supply oleh pembangkit tidaklah sama untuk setiap waktunya. Terdapat suatu gangguan berupa tegangan jatuh pada saluran penghantar yang dapat mempengaruhi kerja berbagai peralatan listrik khususnya motor DC. Dengan demikian, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui pengaruh jatuh tegangan terhadap torsi dan putaran pada motor DC penguatan shunt. Sehingga dengan mengetahui pengaruhnya dapat dilakukan antisipasi terhadap kemungkinan – kemungkinan buruk yang dapat terjadi.
1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh jatuh tegangan terhadap torsi dan putaran pada motor DC penguatan shunt.
Penulisan tugas akhir ini bermanfaat sebagai informasi kepada masyarakat maupun instansi yang bersangkutan tentang pengaruh jatuh tegangan terhadap performa dari motor DC penguatan shunt khususnya pada torsi dan putarannya serta memberikan kesempatan kepada mahasiswa lain untuk mempelajarinya lebih lanjut.
1.3. Batasan Masalah
membatasi permasalahan yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :
1. Motor yang digunakan adalah motor DC penguatan shunt. 2. Tidak memperhitungkan rugi – rugi yang terjadi pada motor DC. 3. Beban yang digunakan adalah untuk memutar generator DC.
4. Menganalisis data dari percobaan yang telah dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.
1.4. Metode Penulisan
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :
1. Studi literatur, yaitu dengan membaca teori – teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku – buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel - artikel, jurnal, internet dan lain – lain.
2. Penelitian, yaitu dengan melakukan penelitian di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT – USU . 3. Studi bimbingan, yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik
1.5. Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.
BAB II MOTOR ARUS SEARAH
Bab ini membahas tentang motor arus searah (motor DC) secara umum, konstruksi, prinsip kerja, gaya gerak listrik lawan, jenis – jenis motor arus searah dan karakteristik motor arus searah penguatan shunt.
BAB III PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH
Bab ini membahas tentang jatuh tegangan, torsi, dan pengaturan kecepatan putaran pada motor arus searah.
BAB IV ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP
TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT
dan kondisi berbeban serta perhitungan torsi dan putaran yang dihasilkan pada tiap – tiap tahap penurunan tegangan supplynya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
MOTOR ARUS SEARAH
2.1. Umum
Motor arus searah (DC) adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Pada prinsip pengoperasiannya, motor arus searah sangat identik dengan generator arus searah. Kenyataannya mesin yang bekerja sebagai generator arus searah akan dapat bekerja sebagai motor arus searah. Oleh sebab itu, sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus searah maupun generator arus searah.
Berdasarkan fisiknya motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam dan bagian yang berputar. Pada bagian yang diam (stator) merupakan tempat diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan pada bagian yang berputar (rotor) ditempati oleh rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat.
2.2. Konstruksi Motor Arus Searah
Konstruksi motor arus searah ditunjukkan oleh Gambar 2.1 (bagian stator) dan Gambar 2.2 (bagian rotor) di bawah ini :
Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator
Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor Keterangan dari Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 tersebut adalah : 1. Rangka
memiliki kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen mesin tersebut.
Rangka juga berfungsi sebagai tempat mengalirkan fluksi magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan. Rangka dibuat dengan menggunakan bahan ferromagnetik yang memiliki permeabilitas tinggi. Rangka biasanya terbuat dari baja tuang (cast steel) atau baja lembaran (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis dan juga sebagai bagian dari rangkaian magnet.
Pada rangka terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untuk mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut.
2. Kutub Medan
Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Sepatu kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :
a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan
b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung.
3. Sikat
Sikat adalah jembatan bagi aliran arus ke lilitan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi.
4. Kumparan Medan
Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. Dimana konduktor tersebut terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi. Rangkaian medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama dibentuk dari kumparan pada setiap kutub.
5. Jangkar
Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Seperti halnya pada inti kutub magnet, jangkar juga dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (eddy current). Inti jangkar terbuat dari bahan ferromagnetik yaitu sejenis campuran baja silikon. 6. Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Kumparan jangkar ditempatkan di dalam alur-alur inti jangkar. Jenis-jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam, yaitu : kumparan jerat (lap winding, kumparan gelombang (wave winding),
7. Komutator
Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator dan sikat. Komutator terdiri dari sejumlah segmen tembaga yang berbentuk lempengan-lempengan yang dirakit ke dalam silinder yang terpasang pada poros. Agar dihasilkan tegangan arus searah yang konstan, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar.
8. Celah Udara
Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.
2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah
(a) (b)
(c)
Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam medan magnet Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam konduktor, seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.1) berikut ini :
H =
I N×
...(2.1)
Dimana :
H = kuat medan magnet (lilitan Ampere/meter)
N = banyak kumparan (lilitan)
I = arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)
= panjang dari penghantar (meter)
konduktor yang dialiri arus searah dan menghasilkan medan magnet (garis-garis gaya fluksi) disekelilingnya.
Jika konduktor yang dialiri arus tersebut ditempatkan di dalam medan magnet seragam, maka interaksi kedua medan akan menimbulkan medan yang tidak seragam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 (c). Sehingga kerapatan fluksi akan bertambah besar di atas sebelah kanan konduktor (dekat kutub selatan) dan di bawah sebelah kiri konduktor (dekat kutub utara) sedangkan kerapatan fluksi menjadi berkurang di atas sebelah kiri konduktor dan di bawah sebelah kanan konduktor.
Kerapatan fluksi yang tidak seragam ini menyebabkan konduktor di sebelah kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan konduktor di sebelah kanan akan mengalami gaya ke bawah. Kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam. Prinsip inilah yang menjadi dasar dari prinsip kerja sebuah motor arus searah. Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan Gambar 2.4 berikut ini :
Berdasarkan Gambar 2.4 di atas, kedua kutub stator dibelitkan dengan konduktor- konduktor sehingga membentuk kumparan yang dinamakan kumparan stator atau kumparan medan. Kumparan medan tersebut dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka pada kumparan medan itu akan mengalir arus medan (If). Kumparan medan yang dialiri arus ini akan menimbulkan fluksi utama yang dinamakan fluksi stator. Fluksi ini merupakan medan magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan (hal ini dapat dilihat dengan adanya garis-garis fluksi). Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar, berdasarkan hukum Lorentz kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya (F), maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar (). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar.
Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B), maka besar gaya (F) yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar sepanjang yang ditempatkan dalam suatu medan magnet dapat ditunjukkan oleh persamaan (2.2) :
F = B . I . ...……...………...………(2.2)
Dimana :
I = arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) B = kerapatan fluksi (Weber/meter2)
= panjang konduktor jangkar (meter)
Maka besar gaya keseluruhan yang ditimbulkan oleh jumlah total konduktor jangkar ditunjukkan oleh persamaan (2.3) :
F=Z .B .I ....………...……(2.3)
Dimana :
Z = jumlah total konduktor jangkar
Gaya yang terjadi pada kumparan jangkar di atas akan menghasilkan torsi yang besarnya ditunjukkan oleh persamaan (2.4) :
Ta =F .r ...………...…(2.4)
Jika persamaan (2.3) disubstitusikan ke persamaan (2.4), maka akan menghasilkan persamaan (2.5) :
Ta =Z .B .I . .r ...……...(2.5)
Dimana :
T = torsi jangkar (Newton-meter) a
r = jari-jari rotor (meter)
2.4. Reaksi Jangkar
Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh mengalirnya arus pada jangkar, dimana jangkar tersebut berada di dalam medan magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya dua hal, yaitu :
1. Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama. 2. Magnetisasi silang.
Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak dialiri oleh arus, maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub utara menuju kutub selatan seperti pada Gambar 2.5 berikut ini :
U
S
O M
Bidang Netral Magnetis
Sikat
F
Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan
Dari Gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa :
Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor dimana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet (ggm) sehingga gaya gerak listrik (ggl) induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari Gambar 2.5 sikat selalu ditempatkan di sepanjang bidang netral magnetis. Oleh karena itu, bidang netral magnetis juga disebut sebagai sumbu komutasi karena pembalikan arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OFM mewakili besar dan arah dari fluksi medan utama, dimana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral magnetis.
Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar timbul garis gaya magnet atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada Gambar 2.6 berikut ini :
U
S
Bidang Netral Magnetis
O
A
F
Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar
diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari Gambar 2.7 berikut ini :
U
S
β
magnetis lamaBidang netralBidang netral
magnetis baru
ω
F
AF
MO
F
rMagnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.7 dapat dilihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM, serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat sikat.
Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat titik jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Apabila kejenuhan magnetik ini terjadi, maka efek penguatan fluksi resultan lebih kecil bila dibandingkan dengan efek pelemahan fluksi resultan atau dengan kata lain pertambahan kerapatan fluksi resultan pada salah satu bagian kutub lebih sedikit bila dibandingkan dengan pengurangan keraptan fluksi pada bagian yang lainnya. Sehingga fluksi resultan akan berkurang dari harga tanpa bebannya. Hali inilah yang disebut efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu diingat bahwa demagnetisasi hanya terjadi karena adanya saturasi magnetik.
2.5. Jenis – Jenis Motor Arus Searah
Berdasarkan sumber tegangan penguatannya, motor arus searah dapat dibagi menjadi dua, yaitu :
2.5.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas
Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Pada motor ini, kumparan medan tidak terhubung dengan kumparan jangkar. Masing-masing kumparan tersebut disuplai dengan sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas dapat dilihat pada Gambar 2.8 di bawah ini :
+
Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas Berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan, dari Gambar 2.8 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti persamaan (2.6) :
Vt = Ea + Ia.Ra + Vsikat…..………...(2.6) Dari Gambar 2.11 diperoleh juga persamaan tegangan terminal penguat medan dari motor tersebut seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.7) :
Vf = If . Rf………...……….……….…...(2.7) Dimana:
Vt = tegangan terminal jangkar motor arus searah (Volt) Ra = tahanan jangkar (Ohm)
Vf = tegangan terminal medan penguatan bebas (Volt) Rf = tahanan medan penguatan bebas (Ohm)
Ea = gaya gerak listrik motor arus searah (Volt) Vsikat = jatuh tegangan pada sikat (Volt)
Umumnya jatuh tegangan pada sikat relatif kecil sehingga besarnya dapat diabaikan, maka untuk rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan.
2.5.2. Motor Arus Searah Penguatan Sendiri
Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan medan berhubungan langsung dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat dihubungkan secara seri maupun paralel dengan kumparan jangkar dan dapat juga dihubungkan dengan keduanya, yaitu secara seri dan paralel, tergantung pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor.
Berdasarkan hubungan kumparan medan dengan kumparan jangkarnya, motor arus searah penguatan sendiri dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Motor arus searah penguatan seri
2. Motor arus searah penguatan shunt 3. Motor arus searah penguatan kompon
2.5.2.1. Motor Arus Searah Penguatan Seri
Rs
Vt
+
-Ea Ra
Ia
IL
+
-IS
Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri
Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar.
Dari Gambar 2.12 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.8) :
Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra………..………...(2.8)
Karena IL = Ia = Is
Maka persamaan (2.8) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.9) : Vt = Ea + Ia (Ra + Rs) ………....(2.9) Dimana :
Is = arus kumparan medan seri (Ampere) Rs = tahanan medan seri (Ohm)
2.5.2.2. Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada Gambar 2.10 di bawah ini :
Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt Pada motor arus searah penguatan shunt, kumparan medan dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan kumparan jangkar.
Dari Gambar 2.13 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.10) :
Vt = Ea + Ia.Ra ………….……….…...(2.10)
Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) :
2.5.2.3. Motor arus searah penguatan kompon
Motor arus searah penguatan kompon merupakan gabungan motor arus searah penguatan seri dan motor arus searah penguatan shunt, sehingga mempunyai sifat diantara keduanya tergantung mana yang kuat lilitannya ( kumparan seri atau shuntnya ). Terdapat dua jenis motor arus searah penguatan kompon yang umum dijumpai, yaitu : motor arus searah penguatan kompon pendek dan motor arus searah penguatan kompon panjang.
Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek ditunjukkan oleh Gambar 2.11 berikut ini :
+
Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek
Dari Gambar 2.11 diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon pendek seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.13) :
Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.14) :
IL = Is = Ia + Ish...(2.14) Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang ditunjukkan oleh Gambar 2.12 di bawah ini :
+
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang
Dari Gambar 2.12 diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon panjang seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.15) :
Vt = Ea + Is.Rs + Ia.Ra...(2.15)
Karena Is = Ia
Maka persamaan (2.15) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.16) :
Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.17) dan persamaan (2.18) :
IL = Ia + Ish...(2.17)
I = sh sh
t
R V
………..………(2.18)
2.6. Gaya Gerak Listrik Lawan Pada Motor Arus Searah
Ketika jangkar motor DC berputar dibawah pengaruh torsi penggerak, konduktor jangkar bergerak di dalam medan magnet dan akan menghasilkan tegangan induksi di dalamnya seperti halnya pada generator. Sesuai dengan hukum Lentz, arah ggl induksi tersebut berlawanan dengan tegangan yang diberikan pada motor ( Vt ) dan dikenal sebagai ggl lawan atau ggl balik Ea. Proses terjadinya ggl lawan adalah :
1. Kumparan jangkar ( terletak diantara kutub – kutub magnet ) diberi sumber DC.
2. Pada kumparan – kumparan jangkar timbul torsi, sehingga jangkar berputar ( arahnya sesuai dengan kaidah tangan kiri ).
3. Dalam hal ini jangkar berputar dalam medan magnet sehingga timbul ggl. 4. Arah ggl induksi tersebut berlawanan dengan arah ggl sumber sehingga
kita sebut ggl lawan.
Ea =
bernilai konstan, maka dapat dianggap sebagai suatu konstanta K
sehingga persamaan (2.19) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.20) :
Ea = K . n . Ф...(2.20) Dimana :
Ea = gaya gerak listrik lawan motor arus searah (Volt) K = konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor) n = kecepatan putaran jangkar (rotasi per menit)
Φ = fluksi masing – masing kutub (Weber) P = jumlah kutub
Z = jumlah total konduktor jangkar a = jumlah kumparan tersambung paralel
2.7. Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Shunt.
Pada motor arus searah penguatan shunt terdapat tiga karakteristik, yaitu :
1. Karakteristik torsi – arus jangkar ( Ta/Ia )
Gambar 2.10 menunjukkan rangkaian ekivalen dari suatu motor DC shunt. Arus medan Ish besarnya konstan karena kumparan medan langsung terhubung dengan tegangan sumber ( Vt ) yang juga dianggap konstan. Oleh karena itu fluksi di dalam motor DC shunt hampir dapat dikatakan konstan. Dari persamaan Ta ∝ φ.Ia menunjukkan jika φ adalah konstan ( pada motor DC shunt ), maka besar torsi akan bertambah secara linear dengan bertambahnya Ia. Untuk lebih jelasnya, bentuk kurva karakteristik torsi – arus jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.13 berikut :
Ta
Ia
0
Ta
Tsh
Gambar 2.13 Kurva karakteristik torsi – arus jangkar ( Ta/Ia ) 2. Karakteristik putaran – arus jangkar ( n/Ia )
Bagaimanapun, Ea berkurang lebih sedikit daripada φ sehingga dengan demikian kecepatan motor menurun sedikit dengan pertambahan beban ( garis AC ). Untuk lebih jelasnya bentuk kurva putaran – arus jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.14 berikut :
Ia
0 I0
A
C B
n
Gambar 2.14 Kurva karakteristik putaran – arus jangkar ( n/Ia ) 3. Karakteristik putaran – torsi ( n/Ta )
Karakteristik putaran – torsi diperoleh dengan mengambarkan nilai n dan Ta untuk berbagai arus jangkar ( Ia ). Dari kurva dapat dilihat bahwa kecepatan sedikit menurun seiring dengan pertambahan beban. Untuk lebih jelasnya karakteristik putaran – torsi dapat dilihat pada Gambar 2.15 berikut :
n
Ta
0
BAB III
PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH
3.1. Umum
Seperti kita ketahui PLN memproduksi tegangan listrik dengan nilai nominal 220/380 volt tiga fasa pada frekuensi 50 Hz dan dalam bentuk gelombang sinus. Pada kenyataannya tegangan listrik PLN bukanlah tegangan sinus murni yang berkualitas sempurna. Tegangan listrik PLN ini seringkali disalurkan kepada konsumen dengan berbagai kelemahan, salah satunya adalah turunnya tegangan disisi penerima yang lebih dikenal dengan sebutan voltage drop atau jatuh tegangan.
Akibat terjadinya jatuh tegangan disepanjang saluran maka tegangan khususnya ditempat yang paling jauh dengan sumber tenaga akan lebih kecil dari tegangan nominal. Penurunan nilai tegangan ini tentu akan mengganggu kerja peralatan listrik terutama bagi motor – motor listrik yang membutuhkan tegangan yang konstan pada saat beroperasi. Pada motor arus searah penurunan tegangan supply ini dapat mempengaruhi torsi dan putaran yang dihasilkan oleh motor.
3.2. Jatuh Tegangan
∆V = Vs – Vr……….…(3.1)
Dimana :
∆V = jatuh tegangan (volt)
Vs = tegangan di sisi pengirim (volt)
Vr = tegangan di sisi penerima (volt) Atau dapat juga ditulis dalam bentuk persentase :
∆V (%) = V
V ∆
x 100%...(3.2)
Dimana :
∆V (%) = rugi tegangan dalam persen
V = tegangan kerja (volt)
∆V = rugi tegangan (volt)
Jatuh tegangan pada saluran tenaga listrik secara umum berbanding lurus dengan panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran volt. Besarnya batas atas dan batas bawah ditentukan oleh kebijkasanaan perusahaan listrik terkait. Penurunan tegangan maksimum pada beban penuh yang dibolehkan di beberapa titik pada jaringan distribusi adalah [SPLN 72 : 1987] :
1. SUTM = 5% dari tegangan kerja bagi sistem radial
3. Trafo distribusi = 3% dari tegangan kerja
4. Saluran tegangan rendah = 4% dari tegangan kerja tergantung kepadatan beban
5. Sambungan rumah = 1% dari tegangan nominal
Adapun penyebab jatuh tegangan ( voltage drop ) adalah :
1. Jauhnya jaringan, jauhnya jarak transformator dari gardu induk
2. Rendahnya tegangan yang diberikan gardu induk atau rendahnya tegangan keluaran dari transformator distribusi
3. Sambungan penghantar yang tidak baik sehingga bermasalah di sisi tegangan menengah dan tegangan rendah
4. Pemilihan jenis penghantar, ukuran penghantar dan konektor yang tidak tepat
5. Arus yang dihasilkan terlalu besar
Untuk menghitung jatuh tegangan, diperhitungkan reaktansinya, maupun faktor dayanya yang tidak sama dengan satu. Maka tegangan yang hilang disepanjang saluran penghantar adalah :
∆V = I ( R cos θ + X sin θ )……….……(3.3)
Dimana :
I = arus beban (ampere) R = tahanan saluran (ohm) X = reaktansi saluran (ohm)
3.3. Torsi Motor Arus Searah
Torsi merupakan putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Torsi diperoleh dari hasil kali gaya tersebut dengan jari – jari lingkaran dimana gaya tersebut bekerja. Perhatikan Gambar 3.1 berikut :
r
F
n putaran/detik
Gambar 3.1 Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya Pada suatu pulley dengan jari – jari r meter bekerja suatu gaya F newton yang menyebabkan benda berputar dengan kecepatan n putaran per detik. Maka torsi dari pulley tersebut dapat dihitung dengan persamaan (3.4) berikut :
T = F x r………..(3.4) Dimana :
T = torsi benda (Newton-meter)
F = gaya yang bekerja pada benda (Newton)
R = jari – jari benda (meter)
Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut dalam satu putaran sesuai dengan persamaan (3.5) :
Karena s = 2 r π
Maka persamaan (3.5) dapat juga ditulis seperti persamaan (3.6) :
W = F x 2 r ………...…..(3.6) π Dimana :
W = usaha yang dilakukan oleh benda (Joule) s = jarak yang ditempuh benda (meter)
Daya mekanik yang dibangkitkan oleh benda tersebut ditunjukkan oleh persamaan (3.7) :
Pm = F x 2 r x n.……..…..………….…………...(3.7) π Karena F x r = T
dan 2 n = π ω
Maka persamaan (3.7) dapat juga ditulis seperti persamaan (3.8) :
Pm = T x ω…….…...(3.8)
Dimana :
P m = daya yang dibangkitkan oleh benda (Watt)
3.3.1. Torsi Jangkar Motor Arus Searah
Di dalam motor arus searah, setiap konduktor di bagian permukaan jangkar akan mengalami gaya F pada suatu jarak r yang merupakan jari jari jangkar. Dengan demikian, masing-masing konduktor menghasilkan suatu torsi yang cenderung untuk memutar. Jumlah seluruh torsi yang dihasilkan oleh konduktor jangkar disebut torsi jangkar (Ta).
Dari persamaan (2.5) diketahui bahwa torsi jangkar total yang dihasilkan oleh suatu konduktor adalah :
Ta =Z .B .I . .r
Sehingga persamaan (3.9) dapat ditulis menjadi persamaan (3.10) :
Ta =
Ta = 0,159 )
Maka diperoleh persamaan (3.12) :
Ta = K .Φ . Ia...(3.12) Karena K nilainya selalu tetap, maka :
Ta ~ Φ Ia
Dari persamaan (3.12) dapat dilihat bahwa torsi di dalam motor arus searah berbanding langsung dengan fluks per kutub dan arus jangkar.
Dari persamaan (2.19) diketahui bahwa besarnya ggl induksi pada motor arus searah adalah :
Ea =
Maka diperoleh persamaan (3.13) :
atau dapat ditulis seperti persamaan (3.15) :
Ta = 9,55 x n
I Ea× a
...(3.15)
Dimana :
Ta = torsi jangkar motor arus searah (Newton-meter) r = rata-rata jari-jari jangkar (meter)
= panjang efektif masing-masing konduktor (meter)
Z = jumlah total konduktor jangkar a = jumlah kumparan tersambung paralel
Ea = gaya gerak listrik lawan motor arus searah (Volt)
n = putaran rotor (rpm)
Ia = arus jangkar motor arus searah (Ampere)
I = arus dalam setiap konduktor (Ampere) B = rapat fluks rata-rata (Weber/meter2) Φ = fluks masing - masing kutub (Weber)
P = jumlah kutub
3.3.2. Torsi Poros Motor Arus Searah
Pada motor arus searah, tidak semua torsi yang dihasilkan oleh jangkar berubah menjadi usaha berguna karena ada sebagian yang hilang disebabkan oleh rugi – rugi besi dan rugi – rugi gesek didalam motor. Torsi yang dapat dimanfaatkan oleh poros motor untuk melakukan usaha yang berguna dikenal dengan torsi poros atau torsi shaft ( Tsh ). Oleh karena itu torsi poros lebih kecil nilainya bila dibandingkan dengan torsi jangkar. Besarnya torsi poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
Tsh =
atau dapat ditulis seperti persamaan (3.17) :
Tsh =
Tsh = torsi poros motor arus searah (Newton-meter)
Pout = daya keluaran motor arus searah (Watt)
Selisih torsi jangkar dan torsi poros disebut rugi-rugi torsi (torque losses). Secara matematis dapat ditulis seperti persamaan (3.18) :
3.4. Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor Arus Searah
Sebagaimana yang telah diperoleh dari persamaan (2.19), besarnya gaya gerak listrik induksi pada kumparan jangkar akibat berputarnya rotor yang terletak diantara kutub magnet adalah :
Ea =
dapat dianggap sebagai suatu konstanta ( K ), maka persamaan
tersebut dapat juga ditulis seperti persamaan (3.19) :
Ea = K . n . φ
Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor arus searah berlaku persamaan :
Ea = Vt – IaRa...(3.20) Oleh karena itu persamaan (3.19) dapat ditulis seperti :
n =
3.5. Pengaruh Turunnya Tegangan Terhadap Persamaan Putaran Dan Torsi Motor
Seperti yang sudah di jelaskan pada persamaan (3.21) diatas bahwa putaran pada motor arus searah adalah :
n =
Dari persamaan tersebut dapat kita lihat bahwa putaran (n) adalah sebanding dengan besarnya tegangan yang di supply ke terminal motor (Vt), sehingga apabila tegangan yang di supply ke terminal motor berkurang maka putaran yang dihasilkan oleh motor pun akan berkurang pula.
Hubungan pengaruh turunnya tegangan terhadap persamaan torsi jangkar yang dihasilkan oleh motor dapat kita perhatikan pada persamaan (3.15), dimana :
Ta = 9,55 x n
I Ea× a
Dengan mensubstitusi persamaan (3.20) ke persamaan (3.15) maka persamaan tersebut dapat ditulis seperti persamaan (3.22) berikut :
Ta = 9,55 x
BAB IV
ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH
PENGUATAN SHUNT
4.1. Umum
Motor arus searah yang memiliki medan penguat yang terhubung paralel dengan kumparan jangkarnya disebut motor arus searah penguatan shunt. Untuk menganalisis hubungan antara nilai tegangan supply terhadap torsi dan putaran pada motor arus searah penguatan shunt, maka dilakukan pengujian dengan menurunkan tegangan yang diberikan ke terminal motor melalui autotrafo pada kondisi tanpa beban dan kondisi berbeban. Untuk menurunkan tegangan terminal pada motor perlu ditentukan beberapa nilai penurunan tegangan terminal. Pada Tugas Akhir ini, pengujian dilakukan dengan enam nilai penurunan tegangan terminal, yaitu nilai tegangan nominal atau 220 volt diikuti lima nilai dibawah nilai tegangan nominal yaitu 210, 200, 190, 180 dan 170 volt.
4.2. Peralatan Pengujian
Peralatan yang digunakan pada pengujian ini adalah sebagai berikut : 1. 1 unit Motor Arus Searah AEG 1,2 kW
5. 2 buah Voltmeter 6. 4 buah Amperemeter 7. 1 buah Tachometer 8. Kabel Penghubung
4.3. Spesifikasi Motor
Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah motor arus searah AEG tipe Gd 110/110 G-Mot Nr. 7983745 dengan penguatan kompon yang terdapat di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU dengan spesifikasi sebagai berikut:
V = 220 V P = 1,2 kW
IL = 7,1 A Ish = 0.177 A n = 1400 rpm Jumlah Kutub = 2 Kelas Isolasi = B
4.4. Rangkaian Pengujian
4.4.1. Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi tanpa beban
4.4.2. Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Berbeban
4.5. Prosedur Pengujian
4.5.1. Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban
1. Rangkaian dibuat seperti pada gambar 4.1 dimana semua switch dalam keadaan terbuka dan PTDC dalam keadaan minimum.
2. Saklar S1 ditutup, kemudian tegangan terminal motor dinaikkan secara perlahan dengan cara menaikkan PTDC sampai V1 menunjukkan tegangan nominal motor yaitu 220 Volt sehingga motor berputar.
3. Pada saat itu dicatat nilai IL pada pembacaan A1, Ish pada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3 serta n pada pembacaan tachometer.
4. Setelah itu tegangan terminal motor diturunkan secara bertahap sesuai dengan nilai yang telah ditentukan, kemudian dicatat nilai IL pada pembacaan A1, Ish pada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3 serta n pada pembacaan tachometer pada setiap tahapan penurunan nilai tegangan terminalnya.
5. Setelah selesai, tegangan terminal motor diturunkan dengan menurunkan PTDC hingga posisi nol.
6. Kemudian saklar S1 dibuka, percobaan selesai.
4.5.2. Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Berbeban
2. Besar tahanan geser RL dinaikkan hingga maksimum yaitu 100 Ohm. 3. Saklar S2 ditutup, kemudian arus medan (If) generator dinaikkan dengan
menaikkan PTDC 2 sampai pembacaan A4 mencapai arus medan nominal generator yaitu 0,64 Ampere.
4. Saklar S1 ditutup, kemudian tegangan terminal motor dinaikkan secara perlahan dengan cara menaikkan PTDC 1 sampai V1 menunjukkan tegangan nominal motor yaitu 220 Volt sehingga motor berputar.
5. Pada saat itu dicatat nilai IL pada pembacaan A1, Ish pada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3, tegangan keluaran generator (Eg) pada pembacaan V2 serta n pada pembacaan tachometer.
6. Setelah itu tegangan terminal motor diturunkan secara bertahap sesuai dengan nilai yang telah ditentukan, kemudian dicatat nilai IL pada pembacaan A1, Ish pada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3, tegangan keluaran generator (Eg) pada pembacaan V2 serta n pada pembacaan tachometer pada setiap tahapan penurunan nilai tegangan terminalnya. 7. Setelah itu arus medan (If) generator diturunkan dengan menurunkan
PTDC 2 sampai minimum.
8. Kemudian tegangan terminal motor diturunkan dengan menurunkan PTDC 1 hingga posisi nol.
9. Kemudian saklar S1 dan S2 dibuka, percobaan selesai.
4.6. Data Pengujian
Tabel 4.1 Data hasil pengujian penurunan tegangan terminal motor DC shunt pada kondisi tanpa beban
No Vt (Volt) IL (A) Ish (A) Ia (A) n (rpm)
1 220 2,93 0,15 2,78 1700
2 210 2,66 0,15 2,51 1650
3 200 2,57 0,15 2,42 1610
4 190 2,53 0,15 2,38 1600
5 180 2,46 0,15 2,31 1550
6 170 2,41 0,15 2,26 1530
4.6.2. Data Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Berbeban If = 0,64 Ampere RL = 100 Ohm
Tabel 4.2 Data hasil pengujian penurunan tegangan terminal motor DC shunt pada kondisi berbeban
No Vt (Volt) Eg (Volt) IL (A) Ish (A) Ia (A) n (rpm)
1 220 217 7,23 0,13 7,15 1390
2 210 209 6,85 0,13 6,72 1320
3 200 204 6,82 0,13 6,69 1300
4 190 198 6,78 0,13 6,65 1250
5 180 191 6,73 0,13 6,60 1200
6 170 185 6,71 0,13 6,58 1160
4.7. Analisis Data Pengujian
Ta = 9,55 x n
I Ea× a
1. Tegangan terminal (Vt) = 220 Volt Ea = Vt – (Ia . Ra)
= 200 – (6,69 . 3,8)
= 9,55 x
Dari hasil analisis data yang diperoleh torsi dari motor DC penguatan shunt dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut :
Tabel 4.3 Hasil analisis data penurunan tegangan terminal pada motor DC shunt
4.7. Grafik Pengujian
Grafik yang menunjukkan hubungan antara tegangan terminal dengan putaran motor DC shunt ditunjukkan pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 Grafik tegangan terminal vs putaran motor DC shunt
Grafik yang menunjukkan hubungan antara tegangan terminal dengan torsi motor DC shunt ditunjukkan pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Grafik tegangan terminal vs torsi motor DC shunt 1160
170 180 190 200 210 220
n (
170 180 190 200 210 220
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian dan analisis perhitungan yang dilakukan penulis mengambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Torsi dan putaran pada motor arus searah penguatan shunt akan menurun seiring dengan turunnya tegangan yang di supply ke terminal motor.
2. Dari analisis data diperoleh bahwa torsi dan putaran tertinggi diperoleh pada saat tegangan terminal bernilai 220 Volt yaitu sebesar 9,45 N-m dan 1390 rpm sedangkan torsi dan putaran terendah diperoleh pada saat tegangan terminal bernilai 170 Volt yaitu sebesar 7,85 N-m dan 1160 rpm.
3. Dari analisis data diketahui bahwa penurunan tegangan terminal motor lebih berpengaruh terhadap penurunan torsi dibandingkan dengan penurunan putaran.
5.2. Saran
Adapun beberapa saran yang bisa diberikan dari hasil Tugas Akhir ini adalah :
1. Disarankan agar mencari hubungan antara tegangan terminal dengan efisiensi motor.
DAFTAR PUSTAKA
1. Asy’ari, Hasyim. 2011. Perbaikan Jatuh Tegangan Dan Rekonfigurasi Beban Pada Panel Utama Prambanan. Jurnal Teknik Elektro Hal 2 – 3. Surakarta : Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Gonen, Turan. 1986. Electric Power Distribution System Engineering. New York: McGraw-Hill,Inc.
3.
4.
5.
6.
7.
8. Rijono,Yon. 1997. Dasar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi. 9. Sumanto. 1991. Mesin Arus Searah. Yogyakarta: Andi Offset.
