TUGAS AKHIR
PERBANDINGAN PENGEREMAN
MOTOR DC PENGUATAN SERI DENGAN
METODE DINAMIK DAN PLUGGING
( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan
sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro
Oleh
RIKO EULER SITINJAK 030402011
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERBANDINGAN PENGEREMAN
MOTOR DC PENGUATAN SERI DENGAN
METODE DINAMIK DAN PLUGGING
( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )
Oleh:
RIKO EULER SITINJAK 030402011
Disetujui oleh
Pembimbing,
Ir. SUMANTRI ZULKARNAEN NIP :130 365 321
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,
Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : 131 459 555
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
ABSTRAK
Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis.
Pada motor arus searah (motor DC) energi listrik arus searah diubah menjadi energi
mekanis. Konstruksi motor DC sangat mirip dengan generator DC. Kenyataannya
mesin yang bekerja baik sebagai generator akan bekerja baik pula sebagai motor.
Pada prinsipnya motor sangat membutuhkan proses penghentian putaran
yang cepat, proses penghentian putaran ini disebut juga dengan pengereman. Ada
beberapa macam metode yang digunakan dalam pengereman. Diantaranya
pengereman dinamik dan pengereman plugging.
Pengereman dinamik adalah pengereman motor listrik yang dilakukan dengan
melepaskan jangkar sebuah motor yang berputar dari sumber tegangan dan
memasangkan tahanan pada terminal jangkar, sedangkan pengereman plugging
adalah pengereman motor yang dilakukan dengan membalik polaritas motor. Tulisan
ini akan membandingkan antara pengereman dinamik dengan pengereman plugging
KATA PENGANTAR
Pujian dan ucapan syukur kepada Tuhan atas segala kasih-Nya yang menjagai
penulis setiap saat selama perkuliahan, dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir ini,
dan saat penyusunan laporan tugas akhir.
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, penulis
beri judu l :
PERBANDINGAN PENGEREMAN MOTOR DC PENGUATAN SERI
DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING
( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )
Selama masa perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir ini, penulis
banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan
setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada :
1. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen, sebagai dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas
segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
2. Bapak Prof. Ir. Rachman Siregar ,selaku dosen wali yang membantu dan
memberikan motivasi selama mengikuti perkuliahan di USU.
3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro
4. Bapak Ir.Mustafrind Lubis, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi
Listrik Fakultas Teknik USU.
5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh
Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.
6. Keluargaku yang kukasihi : bapak, mama, abang-abangku : Parlindungan,
Fredy, Leonard, dan adikku Erlius atas doa dan kasih sayangnya.
7. Teman-teman mahasiswa angkatan ’03 Teknik Elektro USU, Henri, Horas,
Ennopati, Dodi, dan teman-teman yang lain yang tidak dapat penulis
sebutkan satu persatu.
8. Teman anggota Kelompok Kecil ”Theophophilus” , Paniel, Hans, Tedi, Teta,
Eone, dan juga B”Samuel atas semangat dan bimbingannya.
9. Serta semua abang-abang senior dan adik-adik junior yang telah mau barbagi
ilmu dan pengalaman kepada penulis.
10.Teman-teman se-pelayanan NHKBP Parsaoran dan NPDR Bromo Ujung
atas segala kebersamaannya selama ini yang memberikan banyak kesan dan
pelajaran yang berguna.
11.Temanku Nelly yang banyak membantu dan memberikan motivasi dalam
menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
12.Kepada semua pihak yang banyak memberi masukan kepada penulis yang
Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan sehingga penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang
membangun dari pembaca dalam penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, semoga
tulisan ini bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya.
Medan, Februari 2008 Penulis
DAFTAR ISI
Abstrak...……….…... i
Kata Pengantar ...………...…ii
Daftar Isi ……….……….. v
Bab I Pendahuluan ……….…………... 1
1.1.Latar Belakang ……….. 1
1.2.Tujuan Penulisan ……….. 2
1.3.Batasan Masalah ……….….. 3
1.4.Metode Penulisan ………... 3
1.5.Sistematika Penulisan ……….…... 4
Bab II Motor Arus Searah………. 5
2.1. Umum ………... 5
2.2. Konstruksi Motor Arus Searah ………... 6
2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah ………... 10
2.4. Reaksi Jangkar ………..…... 18
2.5. Membalik Arah Putaran Motor Arus Searah ………. 22
2.6. Jenis-Jenis Motor Arus Searah ………... 24
2.6.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas ……….24
2.6.2. Motor Arus Searah Penguatan Sendiri ………..…………..25
2.6.2.1. Motor Arus Searah Penguatan Seri ……… ……..26
2.6.2.3. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang…... ……..28
2.6.2.4. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek….... ……..29
Bab III Jenis-Jenis Pengereman Motor Arus Searah………... 32
3.1. Umum ………... ……..32
3.2. Pengereman Dinamik………. ……..34
3.3. Pengereman Regeneratif ………... ……..37
3.4. Pengereman Plugging ……….38
Bab IV Perbandingan Pengereman Motor DC Penguatan Seri Dengan Metode Dinamik Dan Plugging Besar Tahanan Pengereman Plugging………... 43
4.1. Umum ...43
4.2. Peralatan Pengujian……… 44
4.3. Spesifikasi Peralatan ……….……… 44
4.4. Rangkaian Pengereman Dinamik Motor DC Penguatan Seri ….. ……..45
4.5. Prosedur Pengujian Pengereman Dinamik ……...46
4.6. Data Hasil Pengujian ………….…………..………...46
4.7. Analisa Data ……….. 47
4.8. Grafik Pengereman Dinamik………...48
4.9. Rangkaian Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri………… 50
4.10. Prosedur Pengujian ………. 51
4.10.1. Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Medan…... 51
4.11. Data Hasil Pengujian………...52
4.12. Analisa Data ………...53
4.13. Grafik Pengereman Plugging ………...55
4.14. Perbandingan Pengujian Pengereman Dinamik Dan Plugging Motor
DC Seri………... 59
4.15. Grafik ……….. 59
Bab V Kesimpulan ……….………...62
Daftar Pustaka
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis.
Pada motor arus searah energi listrik yang diubah adalah energi arus searah yang
berasal dari sumber tegangan listrik arus searah. Di mana sumber tegangan ini
dihubungkan pada rangkaian medan dan rangkaian jangkar dari motor tersebut.
Akhir-akhir ini mungkin banyak orang beranggapan bahwa tidak perlu lagi
mempelajari motor arus searah karena penggunaannya pada industri-industri sudah
sangat kurang. Namun akhirnya beberapa tahun terakhir ini motor arus searah
mengalami perkembangan khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor
penggerak.
Penggunaan motor arus searah dapat kita jumpai pada alat pengangkut di
suatu pertambangan, dalam sarana transportasi yaitu pada kereta api listrik dan juga
pada mobil yang disuplai oleh baterai. Pemilihan motor arus searah dibandingkan
motor sinkron ataupun motor induksi karena mudah dalam pengaturan putaran baik
untuk beban yang bervariasi dan juga sistem mesin DC sering kali dipergunakan
pada pemakaian yang memerlukan rentang kecepatan motor yang lebar ataupun
pengaturan yang teliti pada keluaran motornya.
Pengereman merupakan masalah yang sangat penting dalam motor listrik,
daya telah diputuskan. Motor yang terus berputar akan mengakibatkan terjadinya
bahaya.
Dalam memperlambat ataupun menghentikan motor yang sedang berjalan
sangat diperlukan sistem pengereman. Jika hanya menggunakan pengereman
mekanis saja, tidak bisa menghentikan motor tersebut karena ketika terjadi
pengereman mekanis maka akan mengalir arus yang sangat besar pada jangkar, hal
ini dapat menimbulkan panas. Oleh sebab itulah sangat diperlukan pengereman
secara elektrik. Metode pengereman tersebut adalah pengereman dinamik dan
plugging.
1.2. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah :
1. Untuk mempelajari pengereman dinamik dari motor arus searah
2. Untuk mempelajari pengereman plugging dari motor arus searah
3. Untuk mengetahui pengaruh tahanan terhadap waktu pengereman.
Manfaatnya adalah agar dapat membandingkan pengereman dinamis
dengan pengereman plugging.
1.3. Batasan Masalah
Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu
membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir
ini adalah :
2. Motor dianggap berputar dengan kecepatan konstan ataupun dalam
keadaan steady state saat dilakukan pengereman .
3. Pada penelitian ini tidak membahas tentang rugi-rugi pada motor arus
searah penguatan seri
4. Pada penelitian ini tidak membahas tentang beban yang dipakai pada
motor arus searah penguatan seri
1.4. Metode Penulisan
Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah:
1. Studi literatur
Penulis melakukan penulisan berdasarkan studi kepustakaan dan
kajian dari buku-buku teks pendukung yang dapat menunjang penulisan tugas
akhir ini.
2. Studi bimbingan
Penulis melakukan diskusi dan konsultasi dengan dosen pembimbing
dan staf pengajar pada Departemen Teknik Elektro FT-USU lainnya
mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini
berlangsung.
3. Percobaan
Melakukan percobaan di Laboraturium Konversi Energi Elektrik
Departemen Teknik Elektro FT-USU untuk mendapatkan data-data yang
1.5. Sistematika Penulisan
ABSTRAK
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang
masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan
sistematika penulisan.
BAB II MOTOR ARUS SEARAH (MOTOR DC)
Bab ini menjelaskan tentang motor arus searah secara umum, prinsip
kerja motor arus searah, dan jenis-jenis motor arus searah.
BAB III JENIS –JENIS PENGEREMAN PADA MOTOR ARUS
SEARAH
Bab ini menjelaskan tentang jenis pengereman yang ada pada motor
arus searah dari pengereman dinamik sampai pengereman plugging.
BAB IV PERBANDINGAN PENGEREMAN PADA MOTOR DC
PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK
DAN PLUGGING
Bab ini membahas umum, spesifikasi peralatan, percobaan-percobaan
dengan metode pengereman dinamik dan plugging, pengukuran, serta data
dan analisa.
BAB V PENUTUP
Bab ini berisi kesimpulan-kesimpulan yang didapat dari awal
penelitian sampai selesainya penelitian, serta berisikan saran-saran untuk
BAB II
MOTOR ARUS SEARAH
2.1. Umum
Motor arus searah (motor 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.
Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi
magnetik. Di mana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang arahnya
dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan menghasilkan
fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet ini menimbulkan
suatu gaya.
Penggunaan motor arus searah akhir-akhir ini mengalami perkembangan,
khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Motor arus searah
bervariasi yang membutuhkan respon dinamis dalam keadaan steady-state. Motor
arus searah mempunyai pengaturan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai
kecepatan dan beban yang bervariasi. Itu sebabnya motor arus searah digunakan pada
berbagai aplikasi tersebut. Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dapat
dilakukan dengan memperbesar atau memperkecil arus yang mengalir pada jangkar
menggunakan sebuah tahanan.
2.2. Konstruksi Motor Arus Searah
Gambar di bawah ini merupakan konstruksi motor arus searah.
Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator
Keterangan dari gambar tersebut adalah :
1. Rangka atau gandar
Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar komponen
mesin dan melindungi bagian mesin. Untuk itu rangka harus dirancang 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.
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
Inti kutub terbuat dari lembaran–lembaran besi tuang atau baja tuang yang terisolasi
satu sama lain. Kutub medan (inti kutub dan sepatu kutub) direkatkan bersama-sama
kemudian dibaut pada rangka.
Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga
tertentu. Kumparan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk
terjadinya proses elektromagnetik.
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. Sikat-sikat terbuat dari bahan
karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam-macam dan dalam beberapa hal
dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat harus lebih lunak daripada
segmen-segmen komutator supaya gesekan yang terjadi antara segmen-segmen
komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator.
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. Pada aplikasinya rangkaian medan dapat
dihubungkan dengan kumparan jangkar baik seri maupun paralel dan juga
dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan sesuai dengan jenis
penguatan pada motor
5. Jangkar
Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah
berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan
ferromagnetik. Bahan yang digunakan untuk jangkar ini merupakan sejenis
campuran baja silikon.
6. Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya
ggl induksi. Pada motor DC penguatan kompon panjang kumparan medan serinya
diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada motor DC penguatan kompon
pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar. Jenis-jenis
konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam yaitu:
1. Kumparan jerat (lap winding)
2. Kumparan gelombang (wave winding) 3. Kumparan zig – zag (frog-leg 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. Di mana tiap-tiap lempengan atau segmen-segmen komutator terisolasi
dengan baik antara satu sama lainnya. Bahan isolasi yang digunakan pada komutator
adalah mika.
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
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 pengalir arus dalam medan magnet
Setiap konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet disekelilingnya.
Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam
konduktor.
H = l
I N×
Di mana :
H = Kuat medan magnet (Lilitan ampere/meter)
N = Banyak kumparan (Lilitan)
I = Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)
l = Panjang dari penghantar (meter)
Pada gambar 2.3(a) menunjukkan sebuah medan magnet seragam yang
dihasilkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan yang arahnya dari kutub utara
menuju kutub selatan.. Sedangkan gambar 2.3(b) menggambarkan sebuah 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 dasar di atas diterapkan pada motor DC. Prinsip kerja sebuah motor
Gambar 2.4 Prinsip kerja motor arus searah
Berdasarkan gambar 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 Lorenzt kita
ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan pada sebuah
medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya, 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
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 yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang
ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah :
F = B . I . l Newton ... 2.2
di mana :
I = Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere)
B = Kerapatan fluksi (Weber/m2)
l = Panjang konduktor jangkar (m)
Maka, besar gaya keseluruhan yang ditimbulkan oleh jumlah total konduktor jangkar
z adalah :
F =z.B.I..l Newton ... 2.3
Gaya yang terjadi pada kumparan jangkar di atas akan menghasilkan torsi yang
besarnya adalah :
Ta = F.r Newton-meter ... 2.4
Maka, Ta = z.B.I.l.d/2 Newton- meter ... 2.5
Apabila torsi start lebih besar dari pada torsi beban maka jangkar akan
berputar.
Banyaknya garis fluksi yang menembus konduktor jangkar adalah :
φ =B.A
=
P l d B. π. .
Dengan mensubtitusikan persamaan 2.5 dan Ia = a.I ke persamaan 2.6
sehingga diperoleh :
2 / . . . . .
. ld
a I l d P z
Ta = πφ a
a Ia a z P
T . .
. . 2
. φ
π
= Newton-meter ... 2.7
Atau, Ta =k.φ.Ia Newton-meter ... 2.8
Dimana :
Ta = torsi (Newton-meter)
φ = fluksi setiap kutub (weber)
a
I = arus jangkar (ampere)
a z P k . . 2 . π
= = konstanta
P = jumlah kutub
z = jumlah total konduktor jangkar
a = jalur paralel konduktor jangkar
Pada satu kali putaran gaya F akan menghasilkan kerja sebesar F.2π.r Joule
sehingga daya mekanik (Pm) yang dibangkitkan oleh jangkar untuk n rpm sebesar:
Pm = F . 2π . r .
60 n
Watt ... 2.9
Pm = (F . r) . 2π . 60
n
Daya yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berubah jadi daya mekanik
Ea . Ia = Ta . 2π .
60 n
Sehingga, Ta =
60 n . 2
I Ea. a
π
Newton – meter
Ta = ω
a . aI E
Newton – meter ... 2.10
di mana,
Ta = torsi (Newton-meter)
Ea = gaya gerak listrik induksi (volt)
Ia = arus jangkar (ampere)
ω = kecepatan sudut (rad/detik)
Bila kumparan jangkar dari motor berputar dalam medan magnet dan
memotong fluksi utama maka sesuai dengan hukum induksi elektromagnetis maka
pada kumparan jangkar akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi rotasi yang
arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan, di mana arahnya berlawanan dengan
tegangan yang diberikan ke jangkar atau tegangan terminal. Karena arahnya
melawan maka ggl induksi ini disebut ggl lawan, yang besarnya :
e = N
dt dφ
volt ... 2.11
dengan, φ = φmsinωt
e = N
(
)
dt t sin d φm ω
e = N .ω. φmcosωt volt
emaks = ω. φm volt
Harga rata – ratanya adalah :
er = π
2
. emaks volt
er = π
2
. ω. φmvolt ... 2.12
Pada satu putaran jangkar berkutub 2, ggl melalui satu periode. Jika jangkar itu
mengadakan n rpm, maka bagi satu periode lamanya t, adalah :
f t = 1
n n t 60 60 1 =
= detik
Sedangkan untuk jangkar berkutub P, maka :
2 . 60 p n
t = detik ... 2.13
Dalam satu periode dilalui sudut yang besarnya 2π radial, sehingga :
t π ω = 2
Jika, Ea = er = π 2
. ω. φmvolt
Maka, Ea = π 2 . t π 2
. φm volt
Ea = 4 . t
1
. φm volt
Ea = 4 . 60
2 .P n
Jangkar memuat N belitan yang terdiri a cabang paralel (cabang jangkar)
sehingga tiap cabang jangkar akan mempunyai a N
buah belitan yang tersambung
seri, sehingga:
Ea = 4.
a N . 60 2 .P n
.φm volt
Jika jumlah batang penghantar z, maka N = 2 z
Maka, Ea = 4.
a 2 z . 60 2 .P n
.φm volt
Ea = a z P . 60 .
. n . φm volt... 2.14
Oleh karena a z P 60 .
bernilai konstan, maka diperoleh :
Ea = ka .n .φmvolt ... 2.15
Dimana :
n = Kecepatan putaran (rpm)
Ea = Gaya gerak listrik induksi (volt)
φ = Fluksi setiap kutub (Weber)
a z P ka 60 .
2.4 Reaksi Jangkar
Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh
mengalirnya arus pada jangkar, di mana jangkar tersebut berada di dalam medan
magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya 2 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 :
Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan
Dari gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa :
Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.
Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.
Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor di mana
konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet sehingga gaya gerak listrik
U
S
O M
Bidang Netral Magnetis
Sikat
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, di mana 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 ggm
atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut
ini :
Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar
Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar
ditentukan dengan aturan putaran sekrup (cork-screw rule). Besar dan arah garis
gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang netral
magnetis. Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar dan
konduktor medan sama- sama dialiri oleh arus listrik, distribusi fluksi resultan
diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu distribusi fluksi
medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami
U
S
Bidang Netral Magnetis
O
A
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 Bidang netral magnetis lama
Bidang netral magnetis baru
ω
FA
FM
O
Fr
Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar
Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang fluksi
medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan memperkuat fluksi
medan utama pada setengah bagian yang lain. Hal ini jelas akan menyebabkan
penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan terjadi
kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang sama. Efek dari intensitas
medan magnet atau lintasan fluksi pada jangkar yang memotong lintasan fluksi
medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar magnetisasi-silang
(cross-magnetization).
Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada
Gambar 2.7 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,
serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap
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 dengan titik
jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Pengaruh kejenuhan
magnetik terhadap fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan bantuan gambar 2.8
[image:30.595.156.443.279.547.2]sebagai berikut:
Gambar 2.8 Kurva pemagnetan saat terjadi reaksi jangkar
Misalkan fluks sebesar Ox adalah fluksi dihasilkan medan utama tanpa
dipengaruh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya reaksi jangkar
pertambahan-pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada kutub medan
sebesar B ampere-lilitan. Pada lokasi di permukaan kutub di mana gaya gerak
magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub terjadi penambahan kerapatan fluks
O gg
z x y
sebesar xy. Sedangkan pada lokasi permukaan kutub di mana ggm rotor
mengeliminir ggm kutub terjadi penurunan kerapatan fluksi sebesar xz, di mana
harga xz lebih besar dari pada xy. Oleh karena itu, penjumlahan rata-rata kerapatan
fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang. Hal inilah
yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu dicatat bahwa
demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik.
2.5. Membalik Arah Putaran Motor Arus Searah
Dari persamaan Ta =k.φ.Ia jika I negatif maka a T negatif, demikian juga a
halnya jika φ negatif maka T negatif. Sehingga untuk membalik arah putaran motor a
DC dapat dilakukan dengan 2 cara :
1. membalik arah arus jangkar, arah arus penguat tetap
2. membalik arah arus penguat, arah arus jangkar tetap
membalik arah putaran motor DC dapat dijelaskan dengan bantuan gambar berikut:
U
S
Gaya (F)
Gaya (F) rotasi
U
S
Gaya (F)
Gaya (F) rotasi
U
S
Gaya (F)
Gaya (F) rotasi
[image:32.595.212.427.116.248.2]( c )
Gambar 2.9 Prinsip membalik arah putaran motor arus searah
Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar, maka dari
hukum Lorenzt kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus
ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul
gaya, maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. Pada gambar 2.9 ( a )
terlihat dua gaya, kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar
jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam. Pada gambar 2.9 ( b )
ditunjukkan arah arus jangkar dibalik sedangkan kutub-kutub tetap, sesuai dengan
kaidah tangan kiri maka arah putaran berubah menjadi berlawanan arah dengan
putaran semula. Jika kutub dirubah, arah arus jangkar tetap ditunjukkan pada gambar
2.9 ( c ), sesuai dengan kaidah tangan kiri maka putaran sekarang juga akan berubah.
Apabila arah arus jangkar dan kutub-kutub magnet keduanya diubah arah putaran
2.6. Jenis-jenis Motor Arus Searah
Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis
penguatannya, yaitu hubungan rangkaian kumparan medan dengan kumparan
jangkar.
Sehingga motor arus searah dibedakan menjadi :
1. Motor arus searah penguatan bebas
2. Motor arus searah penguatan sendiri
2.6.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas
Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber
tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Di mana kumparan medan disuplai
dari sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekuivalen motor arus searah
penguatan bebas dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
+
-Ea
Ra Vf
Vt
Ia I
f +
[image:33.595.146.489.422.570.2]
-Rf
Gambar 2.10 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan bebas
Dari rangkaian tersebut berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan diperoleh
persamaan:
Vt = Ea + Ia.Ra + Vsikat ... 2.16
di mana:
Vt = tegangan terminal jangkar motor arus searah (volt)
Ra = tahanan jangkar (ohm)
If = arus medan penguatan bebas (ampere)
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.
Dan untuk rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan.
2.6.2. 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 juga dapat
dihubungkan dengan keduanya,yaitu secara seri dan paralel, tergantung pada jenis
penguatan yang diberikan terhadap motor.
Motor arus searah penguatan sendiri terdiri atas:
1. Motor arus searah penguatan seri
2. Motor arus searah penguatan shunt
3. Motor arus searah penguatan kompon panjang
• Motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif (bantu)
4. Motor arus searah penguatan kompon pendek
• Motor arus searah penguatan kompon pendek komulatif (bantu)
• Motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial (lawan)
2.6.2.1. Motor Arus Searah Penguatan Seri
Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan seri adalah sebagai
berikut:
Rs
Vt
+
-Ea Ra
Ia IL
+
[image:35.595.158.467.283.507.2]
-IS
Gambar 2.11 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.
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan seri adalah:
Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra... 2.18
Karena, IL= Ia = Is ... 2.19
Maka Vt = Ea + Ia (Ra + Rs)... 2.20
Rs = tahanan medan seri (ohm)
IL = arus dari jala – jala (Ampere)
2.6.2.2. Motor Arus Searah Penguatan Shunt
[image:36.595.153.492.252.455.2]Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada
gambar di bawah:
+
-Vt E
a
Ra
Ia IL
+
-Rsh
Ish
Gambar 2.12 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan shunt
Pada motor shunt kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal
sehingga paralel dengan kumparan jangkar.
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah:
Vt = Ea + Ia.Ra ... 2.21
sh
I =
sh t
R V
... 2.22
IL = Ia + Ish... 2.23
di mana :
Ish = arus kumparan medan shunt (Ampere)
[image:36.595.125.525.526.751.2]2.6.2.3. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya
terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap
kumparan medan shunt.
Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang adalah
sebagai berikut:
Rs
Vt
-+
R Ia
IL I
s
Rsh Ish
Ea
a
[image:37.595.159.441.281.437.2]-+
Gambar 2.13. (a) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang
diferensial (lawan)
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial, polaritas
kedua kumparan medannya saling berlawanan atau sesuai aturan dot, salah satu arus
medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot, sehingga fluksi
yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi.
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif,
polaritas kedua kumparan medannya sama atau dikarenakan kedua arus medannya
-Rs
Vt
+
Ea Ra
Ia IL
-Is
Rsh Ish .
.
[image:38.595.225.414.112.259.2]+
Gambar 2.13. (b) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon
panjang komulatif (bantu)
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan
kompon panjang adalah:
Vt = Ea + Ia Ra + Is Rs ... 2.24
IL = Ia + Ish ... 2.25
Is = Ia ... 2.26
Maka Vt = Ea + Ia( Ra + Rs ) ... 2.27
sh t sh
R V
I = ... 2.28
2.6.2.4. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek
Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya
terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt.
Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek adalah sebagai
+
-Ea Ra Vt
Ia IL
+
-Rs
Is
Rsh Ish
[image:39.595.207.431.113.252.2] [image:39.595.130.445.398.577.2]
Gambar 2.14. (a) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek
diferensial (lawan)
Pada motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial, polaritas
kedua kumparan medannya saling berlawanan, sehingga fluksi yang dihasilkannya
menjadi saling mengurangi.
Rs
Vt
-+
Ea Ra
Ia IL
-Is
Rsh Ish
Gambar 2.14. (b) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek
komulatif (bantu)
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif, polaritas
kedua kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkannya saling
Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan
kompon pendek adalah:
Vt = Ea + Ia Ra + Is Rs ... 2.29
IL = Is = Ia + Ish ... 2.30
sh s s t sh
R R I V
BAB III
JENIS-JENIS PENGEREMAN MOTOR ARUS SEARAH
3.1. Umum
Sebuah motor listrik dapat berhenti berputar diakibatkan adanya gesekan
yang terjadi pada motor. Namun, tentu saja hal ini membutuhkan waktu yang lama.
Untuk dapat menghentikan motor dalam waktu yang relatif singkat dilakukan
pengereman.
Pengereman motor arus searah adalah suatu usaha atau gaya yang diberikan
terhadap motor arus searah yang sedang berputar agar motor mengalami perlambatan
ataupun berhenti dalam waktu yang singkat. Pada motor listrik seperti motor-motor
traksi dan motor yang digunakan untuk alat pengangkat, pengereman merupakan
suatu persoalan yang sangat penting. Di mana suatu sistem pengereman sangat
menentukan keamanan dan keselamatan pada motor yang digunakan pada berbagai
aplikasi.
Sebuah motor yang digunakan sebagai penggerak pada suatu lintasan yang
menurun, misalkan pada kereta api listrik yang menuruni lereng bukit atau sebuah
elevator yang mengangkut penumpang dan beban akan mengalami percepatan akibat
energi potensial. Sehingga motor akan berputar semakin cepat hingga suatu
kecepatan yang tidak terkontrol dan ini sangat berbahaya. Oleh sebab itulah sebuah
motor harus diberikan pengereman agar kecepatannya berkurang.
Pengereman dapat dilakukan secara mekanis dan elektris. Penggunaan rem
Di mana prinsip kerja rem mekanis ini adalah dengan menjepit bagian yang berputar
pada motor agar motor semakin lambat putarannya dan akhirnya berhenti. Namun
permasalahan yang dihadapi dalam pengereman mekanis ini adalah jika motor yang
direm berputar dengan cepat pada lintasan menurun dan panjang maka gesekan yang
terjadi pada rem akan membuat temperatur rem sangat panas. Sehingga pada keadaan
ini rem membutuhkan waktu yang lama untuk melepaskan panas agar rem menjadi
dingin dan dapat beroperasi kembali. Ini tentunya tidak mungkin karena motor harus
bekerja lagi.
Permasalahan inilah yang menyebabkan pengereman elektris menjadi sangat
dibutuhkan. Pengereman elektris dapat memperlambat motor yang sedang berputar
dan menghentikannya dalam waktu yang singkat dan dapat pulih dalam waktu yang
cepat. Sehingga ini sangatlah bermanfaat karena motor akan dapat terus dioperasikan
kembali.
Kelemahan pada pengereman elektris adalah ketidakmampuannya menahan
beban. Ini disebabkan gaya pengereman akan menurun jika kecepatan berkurang dan
pada saat motor berhenti maka tidak ada lagi gaya pengereman. Sehingga motor yang
sudah berhenti tidak dapat dipertahankan.
Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengereman elektris akan memberikan
gaya pengereman yang sangat besar pada putaran yang cepat sedangkan pengereman
mekanis sangat baik bekerja pada putaran yang lambat dan disamping itu juga dapat
menahan motor yang sudah berhenti maka kombinasi pengereman mekanis dan
Pengereman pada motor DC dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu:
1. Pengereman dinamik
2. Pengereman regeneratif
3. Pengereman plugging
3.2. Pengereman Dinamik
Pengereman dinamis merupakan suatu metode pengereman motor listrik
yang sangat praktis dan memberikan gaya pengereman yang sangat baik.
Pengereman ini sangat efisien pada sistem pengereman untuk waktu yang sangat
singkat karena motor dapat berhenti dengan cepat.
Pengereman ini dilakukan dengan memutuskan suplai tegangan ke sebuah
motor yang sedang berjalan lalu dihubungkan dengan sebuah tahanan pada terminal
jangkarnya. Sehingga motor akan berlaku sebagai generator yang mengalirkan arus
menuju tahanan. Keadaan ini akan menyebabkan energi yang dihasilkan oleh jangkar
[image:43.595.121.515.553.701.2]akibat dari putaran akan dilepas melalui tahanan dalam bentuk panas. Berikut
gambar pengereman dinamik dari motor arus searah penguatan seri.
Rs
Ea Ra
Is Ia
Vt
Rs
Ea Ra Rb
Is Ia
a. sebelum pengereman b. pada saat pengereman
Rangkaian pengereman dinamik motor arus searah penguatan seri dapat
dikendalikan dengan menggunakan kontaktor magnetik. Dengan mengenergize
sebuah Coil pada rangkaian kontrol yang mengendalikan semua kontaktor magnetik
pada rangkaian pengereman dinamik motor DC penguatan seri, maka motor tersebut
akan secara otomatis melakukan pengereman tanpa harus melakukan penekanan
saklar secara manual. Keadaan ini mempermudah pengereman karena semua berjalan
secara otomatis.
Rangkaian kontrol pengereman dinamis pada motor arus searah penguatan
seri ditunjukkan pada gambar berikut:
Stop
[image:44.595.124.519.317.716.2]Start C C
Gambar 3.2 Rangkaian kontrol pengereman dinamik
M
C
C
C C
C
C
C
Vt Rb Ra
Rs
E F
GA
HB
C 1
2 4
5
6
3
7
8
Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian pengereman dinamik motor DC
penguatan seri. Mula-mula tegangan terminal (Vt) sama dengan nol sehingga motor
masih dalam keadaan diam. Secara perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai
motor mencapai kecepatan nominal. Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan
medan dari arah E ke F serta melalui kumparan jangkar dari arah GA ke HB.
Kemudian tombol START pada rangkaian kontrol pengereman dinamik (gambar 3.1)
ditekan maka Rele C, sehingga akan menutup Normally Open C dan juga akan
membuka Normally Close C. Pada kondisi ini suply tegangan terminal Vt akan
terlepas dari kumparan jangkar dan medan. Seketika itu juga sebuah tahanan Rb akan
terhubung dengan rangkaian dan tahanan ini akan beerfungsi sebagai tahanan
pengereman. Dalam hal ini arus yang mengalir pada kumparan medan akan tetap
arahnya dari E ke F sehingga pada keadaan ini motor akan tetap berputar tapi motor
berlaku sebagai generator dan arus pengereman akan mengalir melalui tahanan
pengereman Rb. Energi yang dimiliki oleh jangkar yang diakibatkan oleh perputaran
akan dilepas melalui tahanan dalam bentuk panas yang menyebabkan kecepatan
motor berkurang dan akhirnya berhenti.
Ketika pengereman dilakukan, besarnya arus yang mengalir pada waktu
pengereman plugging motor DC penguatan seri dirumuskan sebagai berikut :
Rs Ra Rb
cn Rs
Ra Rb
E
Ia a
rem
+ + = + +
= φ
dimana Ra adalah tahanan jangkar, Rs adalah tahanan medan yang dihubungkan seri
Sehingga besar Torsi pengeremannya adalah : 2 2 . φ φ φ φ n k T Rs Ra Rb cn k T Ia k T rem rem rem rem = + + = = dimana: Rs Ra Rb kc k + + = 2
3.3. Pengereman Regeneratif
Pada pengereman regeneratif ini energi yang tersimpan pada putaran
dikembalikan kepada sistem jala-jala. Cara ini biasanya dipakai pada kereta api
listrik. Ketika kereta api berjalan menuruni lereng bukit maka kecepatan motor laju
sekali meskipun tegangan yang diberikan tetap. Dengan bertambahnya kecepatan
motor yang melebihi kecepatan nominalnya maka besar Ea akan lebih besar dari Vt.
Sehingga ini akan mengakibatkan daya dikembalikan kepada sistem jala-jala untuk
keperluan lain. Pada saat daya dikembalikan ke jala-jala kecepatan menurun dan
proses pengereman berlangsung seperti pengereman dinamik. Namun pada motor dc
penguatan seri, pengereman regenaritif lebih rumit untuk dilakukan. Karena dengan
menaikkan kecepatan dari motor maka fluksi yang dihasilkan akan menurun
sehingga gaya gerak listrik induksi yang dihasilkan akan mendekati harga tegangan
terminal Vt namun tidak melebihi tegangan terminal tersebut. Pengereman
regeneratif pada motor dc penguatan seri dapat dilakukan dengan mengubah medan
serinya menjadi medan shunt. Pengereman regeneratif motor seri biasanya dilakukan
3.4. Pengereman Plugging
Yang dimaksud dengan pengereman plugging atau pengereman mendadak
adalah pengereman suatu motor dalam waktu yang sangat singkat dan tiba-tiba.
Prinsip pengereman plugging ini adalah dengan membalik polaritas sebuah motor
arus searah.
Pengereman ini dilakukan dengan cara membalik putaran motor yang sedang
berputar. Membalik putaran motor dapat dilakukan dengan cara membalik arah arus
medan ( If ) atau membalik arah arus jangkar ( Ia ). Pada saat motor berputar pada
kecepatan nominal, jika salah satu dari arus jangkar atau arus medan dibalik arahnya
maka timbul torsi baru yang berlawanan arah dengan torsi mula – mula. Torsi ini
dipengaruhi oleh besar arus yang mengalir pada tahanan jangkar. Untuk membatasi
arus yang mengalir pada jangkar dipasang tahanan yang diserikan dengan tahanan
jangkar. Besar tahanan inilah yang mempengaruhi waktu mulai saat pengereman
dilakukan sampai motor berhenti.
Pada pengereman plugging, saat kecepatan putaran motor menjadi nol maka
sumber tegangan harus dilepas dari kumparan jangkar, jika pada kumparan jangkar
masih tetap mengalir arus maka motor akan kembali berputar dengan arah yang
berlawanan.
Pengereman plugging pada motor DC penguatan shunt dan motor DC
penguatan seri dapat dilakukan dengan 2 cara :
1. Dengan membalik arah arus medan ( If )
Rs
Ea Ra
Is Ia
Vt
Rs
Ea Ra
Is Ia
Vt
a. sebelum pengereman b. saat pengereman
Rs
Ea Ra Is
Ia
Vt
c. saat pengereman
Gambar 3.4 Rangkaian pengereman plugging motor dc penguatan seri
Rangkaian pengereman plugging motor arus searah penguatan seri
dapat dikendalikan dengan menggunakan kontaktor magnetik. Dengan mengenergize
sebuah Coil pada rangkaian kontrol yang mengendalikan semua kontaktor magnetik
pada rangkaian pengereman dinamik motor DC penguatan seri, maka motor tersebut
akan secara otomatis melakukan pengereman tanpa harus melakukan penekanan
saklar secara manual. Hal ini mempermudah pengereman karena semua berjalan
secara otomatis.
Rangkaian kontrol pengereman plugging pada motor arus searah penguatan
seri ditunjukkan pada gambar berikut.
Stop
1. Pengereman plugging motor DC Seri dengan cara membalik arah arus
medan (If)
M C
C
C C
C
C C
Vt
Rb Ra Rs
E F
GA
HB
1
2
3
4
[image:49.595.121.515.163.387.2]5 6 7
Gambar 3.6.a. Rangkaian pengereman plugging motor DC Seri dengan cara membalik arah arus medan (If)
Rangkaian dibuat seperti gambar 3.6. (a). Mula-mula tegangan terminal (Vt)
sama dengan nol sehingga motor dalam masih keadaan diam. Kemudian secara
perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal.
Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan medan dari arah E ke F serta melalui
kumparan jangkar dari arah GA ke HB kemudian tombol START pada rangkaian
kontrol pengereman plugging (gambar 3.3) ditekan sehingga rele C energize yang
menyebabkan Normally Close C membuka dan Normally Open C menutup. Pada
kondisi ini arus yang mengalir pada kumparan medan akan berbalik arah yaitu dari
arah F ke E sedangkan arus yang mengalir pada kumparan jangkar arahnya tetap.
Hal ini menyebabkan timbulnya torsi yang baru yang berlawanan arah dengan torsi
mula-mula sehingga mengurangi kecepatan motor sampai akhirnya berhenti. Setelah
motor berputar pada arah yang berlawanan. Pada saat pengereman dilakukan
rangkaian terhubung dengan tahanan pengereman Rb yang berfungsi untuk menjaga
agar arus yang mengalir pada kumparan jangkar tidak terlalu besar.
2. Pengereman plugging motor DC Seri dengan cara membalik arah arus
jangkar (Ia)
M
C C
C
C
C C C
Vt
Rb Ra Rs
E F
GA
HB
2
1 3
4
5
[image:50.595.122.516.252.485.2]7 6
Gambar 3.6.b. Rangkaian pengereman plugging motor DC Seri dengan cara membalik arah arus jangkar
Rangkaian dibuat seperti gambar 3.6. (b). Mula-mula tegangan terminal (Vt)
sama dengan nol sehingga motor dalam masih keadaan diam. Kemudian secara
perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal.
Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan medan dari arah E ke F serta melalui
kumparan jangkar dari arah GA ke HB kemudian tombol START pada rangkaian
kontrol pengereman plugging (gambar 3.3) ditekan sehingga rele C energize yang
menyebabkan Normally Close C membuka dan Normally Open C menutup. Pada
arah HB ke GA sedangkan arus yang mengalir pada kumparan medan arahnya tetap.
Hal ini menyebabkan timbulnya torsi yang baru yang berlawanan arah dengan torsi
mula-mula sehingga mengurangi kecepatan motor sampai akhirnya berhenti. Setelah
kecepatan motor mencapai nol maka sumber tegangan Vt dilepas untuk menghindari
motor berputar pada arah yang berlawanan. Pada saat pengereman dilakukan
rangkaian terhubung dengan tahanan pengereman Rb yang berfungsi untuk menjaga
agar arus yang mengalir pada kumparan jangkar tidak terlalu besar.
Ketika pengereman dilakukan, Ea dan Vt saling mendukung dan besarnya
arus yang mengalir pada waktu pengereman plugging motor DC penguatan seri
dirumuskan sebagai berikut :
Ia(rem) =
Rs Ra Rb Ea Vt + + +
Ia(rem) =
Rs Ra Rb Ea Rs Ra Rb Vt + + + + +
Ia(rem) =
Rs Ra Rb cn Rs Ra Rb Vt + + + + + φ
dan besarnya torsi pengereman adalah :
Trem = k1 . φ .
+ + + +
+ Rb Ra Rs
cn Rs
Ra Rb
Vt φ
Trem = 1 φ 1 φ2
+ + + +
+ Rb Ra Rs
cn k Rs Ra Rb Vt k
Trem = k4 φ + k5 φ2
BAB IV
PERBANDINGAN PENGEREMAN PADA MOTOR DC PENGUATAN SERI
DENGAN METODE DINAMIS DAN PLUGGING
4.1
.
UmumPada pengereman elektris, energi kinetik dari bagian yang berputar
dikonversikan menjadi energi listrik yang didisipasikan pada suatu tahanan sebagai
panas. Untuk pengereman dinamik ketika sebuah motor arus searah penguatan seri
sedang berputar dan tiba-tiba sumber tegangan dilepas dari kumparan jangkar, maka
motor tidak lagi mendapat daya dari jala-jala. Namun motor tersebut masih memiliki
energi karena rotornya masih berputar dan berlaku sebagai generator. Tegangan
induksi yang dibangkitkan oleh generator tersebut adalah Ea = cn . Lalu ketika
sebuah tahanan terhubung dengan kumparan jangkar maka tahanana ini akan
berfungsi sebagai tahanan pengereman.
Pada pengereman plugging, ketika pengereman dilakukan akan timbul arus
yang cukup besar pada kumparan jangkar. Hal ini disebabkan karena pada saat
pengereman tegangan sumber (Vt) menjadi searah dengan gaya gerak listrik pada
kumparan jangkar (Ea). Untuk membatasi arus yang mengalir pada jangkar maka
dibuat tahanan yang dipasang seri dengan tahanan jangkar. Besarnya tahanan yang
4.2 Peralatan Pengujian
1. Motor Arus Searah AEG 1,2 KW
2. Generator Arus Searah AEG 2 KW
3. 1 Unit Power Pack MV 1300
4. 2 Unit Tahanan Geser
5. Volt meter
6. Ampere meter
7. Magnetic Contactor
8. Stop Watch
4.3 Spesifikasi Peralatan
Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah motor arus searah AEG tipe
Gd 110/110 dengan penguatan dengan data-data sebagai berikut
P = 1,2 KW
IL = 7,1 A
Ish = 0.177 A
N = 1400 rpm
Lap Winding
Jumlah Kutub = 2
Komutator = 81
Kelas Isolasi = B
Hasil Pengukuran :
Tahanan medan seri (E-F) = 0,6 Ω
4.4 Rangkaian Pengereman Dinamik Motor DC Penguatan Seri
Stop
[image:54.595.122.521.328.603.2]Start C C
Gambar 4.1 Rangkaian Kontrol Pengereman Dinamik Motor DC Penguatan Seri
M
A
V G
C
C
C C C
C
C
Rb Ra
Rs
Ra
Rg
Rf
Vf
A
A V
E F
GA
HB C
P T A C 3
1
2 4
5
6 3
7
8
4.5. Prosedur Pengujian Pengereman Dinamik
1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 4.1 dan gambar 4.2.
2. Atur tahanan pengereman Rb sebesar 80 Ω pada tahanan geser.
3. Atur tegangan suplai sampai motor mencapai putaran 1400 rpm.
4. Tekan tombol START dan catat waktu pengereman mulai dari tombol
START ditekan sampai sesaat putaran motor menjadi nol. Catat pula arus
jangkar pada saat pengereman
5. Saat putaran motor mencapai nol lepaskan sumber tegangan. Pengujian ini
dilakukan sebanyak tiga kali.
6. Prosedur yang sama dilakukan untuk besar tahanan pengereman yang lain
yakni 70 Ω, 60 Ω, 50 Ω, 40 Ω, 30 Ω, 20 Ω, dan 10 Ω.
4.6. Data Hasil Pengujian
Data pada saat keadaan motor belum di rem :
Vt = 64 volt n = 1400 rpm
[image:55.595.110.509.384.707.2]Ia = Is = 5,25 ampere
Tabel 4.1. Data Pengereman Dinamik
Rb (ohm)
Data 1 Data 2 Data 3
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
10 4.41 5.17 4.39 5.20 4.84 5.14
20 2.91 5.34 2.89 5.37 2.95 5.39
30 2.05 5.87 2.08 5.81 2.12 5.72
40 1.45 6.05 1.41 6.02 1.40 6.08
50 0.98 6.38 1.05 6.37 1.03 6.31
60 0.84 6.40 0.81 6.43 0.78 6.40
70 0.62 6.55 0.57 6.57 0.61 6.60
4.7. Analisa Data Pengujian
Dari data –data sebelum pengereman diperoleh :
IL = Ia = Is = 5,25
Ea = Vt – IL ( Ra + Rs )
Ea = 64 volt – 5,25 A (3,84 + 0,6 )
Ea = 64 volt – 23,31 volt
Ea = 40,69 volt
Dari hasil pengujian diambil nilai rata – ratanya :
Misal :
Data 1 pada pengereman dinamik
rem , a
I =
3 3 , 2 , 1
, rem rem rem I I
I + +
= 3 84 , 4 39 , 4 41 ,
4 + +
= 3 13,64
= 4,55 A
t = 3
3 2 1 t t
t + + = 3 144 , 5 20 , 5 17 ,
5 + +
= 3 15,51
= 5,17 detik
T = k. .Ia ~ Ia
T ~ Ia2
2 2 2
=
=
Ia
Ia
Ia
Ia
T
T
rem rem remT Ia
Ia
T rem
rem × = 2 01 , 3 4 , 1 25 , 5 55 , 4 2 = × = rem
T N-m
n Ia Ia
n rem
rem = × dimana n = 1400 rpm
1360 1400 25 , 5 55 , 4 = × = rem
Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk data yang lain sehingga didapatkan
[image:57.595.120.518.357.662.2]hasilnya sebagai berikut :
Tabel Data Pengereman Dinamik
Rb (ohm)
Iarem (Ampere)
t (detik)
Trem (N-m)
n (rpm) 10 4.55 5.17 1.05 1360 20 2.92 5.37 0.43 873 30 2.03 5.80 0.21 607 40 1.42 6.05 0.10 425 50 1.02 6.35 0.05 305 60 0.81 6.41 0.03 242 70 0.60 6.57 0.02 179 80 0.47 6.72 0.01 141
4.8. Grafik Pengujian Pengereman Dinamik Motor Arus Searah Penguatan Seri
Tahanan Pengereman vs Arus Pengerman
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100
Tahanan Pengereman (ohm)
A
ru
s P
en
g
ere
m
a
n
(
a
m
p
er
Tahanan Pengereman vs Torsi Pengereman
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 20 40 60 80 100
Tahanan Pengereman (ohm)
T
o
r
si
P
e
n
g
e
r
em
a
n
(
N
-m
)
Tahanan Pengereman vs Kecepatan
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 20 40 60 80 100
Tahanan Pengereman (ohm)
K
ec
e
p
a
ta
n
(
r
p
Tahanan Pengereman vs Waktu Pengereman
0 1 2 3 4 5 6 7 80 20 40 60 80 100
Tahanan Pengereman (ohm)
Wa kt u P eng er em a n ( de ti k)
4.9 Rangkaian Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri
[image:59.595.117.524.105.654.2]M A G C C C C C C C Rb Ra Rs Ra Rg Rf Vf A A V E F GA HB V P T A C 3 1 2 5 7 6 3 4
Rb
Ia GA
HB If
J K
M
P T A C
3
C
C
C
C
C
C
C
Gambar 4.5 Rangkaian Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri Dengan Cara Membalik Arah Arus Jangkar ( Ia )
4.10. Prosedur Pengujian
4.10.1. Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Medan
1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 4.1dan gambar 4.4.
2. Atur tahanan pengereman Rb sebesar 80 Ω pada tahanan geser.
3. Atur tegangan suplai sampai motor mencapai putaran 1400 rpm.
4. Tekan tombol START dan catat waktu pengereman mulai dari tombol
START ditekan sampai sesaat putaran motor menjadi nol. Catat pula arus
jangkar pada saat pengereman
5. Saat putaran motor mencapai nol lepaskan sumber tegangan. Pengujian ini
dilakukan sebanyak tiga kali.
6. Prosedur yang sama dilakukan untuk besar tahanan pengereman yang lain
4.10.2. Pengereman Plugging Dengan Membalik Arah Arus Jangkar ( Ia )
1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 4.1dan gambar 4.5.
2. Atur tahanan pengereman Rb sebesar 80 Ω pada tahanan geser.
3. Atur tegangan suplai sampai motor mencapai putaran 1400 rpm.
4. Tekan tombol START dan catat waktu pengereman mulai dari tombol
START ditekan sampai sesaat putaran motor menjadi nol. Catat pula arus
jangkar pada saat pengereman
5. Saat putaran motor mencapai nol lepaskan sumber tegangan. Pengujian ini
dilakukan sebanyak tiga kali.
6. Prosedur yang sama dilakukan untuk besar tahanan pengereman yang lain
yakni 70 Ω, 60 Ω, 50 Ω, 40 Ω, 30 Ω, 20 Ω, dan 10 Ω.
4.11. Data Hasil Pengujian
Data pada saat keadaan motor belum direm :
[image:61.595.113.511.593.751.2]Vt = 64 Volt n = 1400 rpm Ia = Is = 5,25 Ampere
Tabel 4.4. Data Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Medan
Motor Arus Searah Penguatan Seri
Rb (ohm)
Data 1 Data 2 Data 3
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
10 7.81 2.14 7.63 2.15 7.71 2.11
20 3.53 4.35 3.59 4.26 3.54 4.31
30 2.56 5.51 2.62 5.58 2.39 5.40
40 2.15 5.85 2.13 5.89 2.09 5.84
50 1.50 6.14 1.47 6.20 1.52 6.11
60 1.43 6.23 1.35 6.25 1.33 6.25
Tabel 4.5. Data Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Jangkar
Motor Arus Searah Penguatan Seri
Rb (ohm)
Data 1 Data 2 Data 3
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
Ia rem (Amp)
t (sec)
10 7.53 2.18 7.42 2.20 7.40 2.21
20 3.09 4.60 3.45 4.30 3.42 4.32
30 2.41 5.71 2.40 5.69 2.37 5.63
40 1.78 6.06 1.76 5.90 1.74 5.99
50 1.40 6.23 1.48 5.18 1.46 6.20
60 1.12 6.32 1.20 6.28 1.16 6.29
70 1.00 6.47 0.92 6.50 0.99 6.51
80 0.76 6.59 0.73 6.62 0.73 6.60
4.12. Analisa Data Pengujian
Dari data –data sebelum pengereman diperoleh :
IL = Ia = Is = 5,25
Ea = Vt – IL ( Ra + Rs )
Ea = 64 volt – 5,25 A (3,84 + 0,6 )
Ea = 64 volt – 23,31 volt
Ea = 40,69 volt
Dari hasil pengujian diambil nilai rata – ratanya :
Misal :
Data 1 pada pengereman plugging dengan membalik arah arus medan
rem , a
I =
3 3 , 2 , 1
, rem rem rem I I
I + +
= 3 71 , 7 63 , 7 81 ,
7 + +
= 3 23,15
= 7,71 A
t = 3
3 2 1 t t
t + + = 3 11 , 2 15 , 2 14 ,
2 + +
= 3 6,40
T = k. .Ia ~ Ia
T ~ Ia2
2 2 2
=
=
Ia
Ia
Ia
Ia
T
T
rem rem remT Ia
Ia
Trem rem × = 2 01 , 3 4 , 1 25 , 5 71 , 7 2 = × = rem
T N-m
n Ia Ia
n rem
rem = × dimana n = 1400 rpm
2056 1400 25 , 5 71 , 7 = × = rem
n rpm
Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk data yang lain sehingga didapatkan
[image:63.595.115.447.101.395.2]hasilnya sebagai berikut :
Tabel 4.6. Data Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri
Rb (ohm)
Dengan membalik arus medan
( If ) Dengan membalik arus jangkar ( Ia )
Ia rem (Amp) t (det) Trem (N-m) n (rpm)
4.13. Grafik Pengujian Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri
a. Grafik Pengujian Pengereman Plugging Motor DC Penguatan Seri Dengan Membalik Arah Arus Medan
Tahanan Pengereman vs Arus Pengereman
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 20 40 60 80 100
<