Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN
AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN
KECEPATAN MOTOR DC SERI
Tugas Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh : IJA SEMBIRING
NIM. 010422018
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN
AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN
KECEPATAN MOTOR DC SERI
Oleh : IJA SEMBIRING
NIM. 010422018
Tugas Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Sidang Pada Tanggal 15 Bulan Desember Tahun 2007 Di Depan Penguji :
1. Ir. Sumantri Zulkarnaen : Ketua Penguji ………
2. Ir. EddyWarman : Anggota Penguji ………
3. Ir. Djendanari Sembiring : Anggota Penguji ………
Disetujui Oleh : Diketahui Oleh :
Pembimbing, Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
ABSTRAK
Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga
listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik berupa putaran rotor.
Motor arus searah terdiri atas dua bagian yaitu bagian yang diam (stator) dan
bagian yang bergerak (rotor).
Dalam dunia industri motor arus searah penguatan kompon panjang banyak
digunakan terutama untuk menggerakkan beban yang membutuhkan kecepatan
putaran yang relatif konstan. Pengaturan putaran pada motor arus searah
penguatan kompon panjang mutlak diperlukan untuk mendapatkan putaran motor
sesuai dengan yang diinginkan. Motor arus searah penguatan kompon panjang
mempunyai pengaturan kecepatan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai
kecepatan dan beban yang bervariasi.
Dalam tugas akhir ini akan dibahas salah satu cara untuk mengatur kecepatan
motor arus searah yaitu dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan
medan shunt. Metode ini menggunakan dua tahanan variabel R1 dan R2. Tahanan
variabel R1 ditempatkan secara seri dengan medan shunt sedangkan tahanan
variabel R2 ditempatkan secara seri dengan jangkar. Dengan metode ini motor
arus searah penguatan kompon panjang akan dapat bekerja dibawah dan diatas
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
KATA PENGANTAR
Dengan segala puji dan syukur penulis ucapkan pada Tuhan Yesus Kristus
atas Rahmat, Anugrah dan Kasih Karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini yakni :
STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN
AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN
KECEPATAN MOTOR DC SERI
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
Program Pendidikan Sarjana Ekstensi di Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Selama penyusunan Tugas Akhir ini penulis mendapat banyak bantuan,
bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis
menyampaikan banyak terimakasih kepada orang tua tercinta Bapak B. Sembiring
dan Ibu R. Br Surbakti , yang telah bersusah payah memberi bantuan, dukungan
dan doa yang tak henti-hentinya selama penulis mengikuti perkuliahan hingga
menyelesaikan tugas akhir ini.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir.Satria Ginting, selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah
meluangkan waktunya untuk membimbing, membantu dan mengarahkan
penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi
Listrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.
6. M. Ade Sumarta, selaku Asisten Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU
yang telah membantu penulis dalam pengambilan data pada Lab. Konversi
Energi Listrik FT-USU dan juga untuk Bang Roy serta asisten
Lab.Konversi yang lainnya.
7. Seluruh pihak yang telah banyak memberikan bantuan dan dukungan yang
tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu.
Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa melimpahkan berkat-Nya
untuk kita semua. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi
setiap pembaca, Terimakasih.
Medan, Desember 2007
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
(Ija Sembiring)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... iv
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2
I.3 Batasan Masalah ... 2
I.4 Metode Penulisan ... 3
I.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II MOTOR ARUS SEARAH II.1 Umum... 5
II.2 Konstruksi Motor DC ... 6
II.3 Prinsip kerja Motor arus searah ... 10
II.4 Reaksi jangkar ... 17
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
II.5 Jenis-jenis motor arus searah ... 21
II.6 Karakteristik Motor Arus Searah Seri... 23
II.6.1 Karakteristik Torsi ... 23
II.6.2 Karakteristik Perputaran ... 24
II.6.3 Karakteristik Mekanis ... 25
BAB III PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI III.1 Umum ... 26
III.2 Pengaturan Tegangan Terminal... 27
III.3 Pengaturan Tahanan Jangkar ... 28
III.4 Pengaturan Fluks Magnetik ... 28
III.4.1 Pengaturan Tahanan Seri Medan Shunt ... 28
III.4.2 Pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar dan Medan Shunt 29 BAB IV PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGUNAKAN TAHANAN RHEOSTAT IV.1 Umum ... 30
IV.2 Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri Untuk Pengaturan Tahanan Seri Pada Medan Shunt ... 30
IV.2 Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri Untuk Pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar ... 31
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
BAB V ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGUNAKAN AUTO-TRANSFORMATOR
V.1 Jenis Komponen dan Spesifikasi Peralatan di Laboratorium... 35
V.2 Rangkaian Pengujian ... 36
V.2.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Medan Shunt ... 36
V.2.1.1 Prosedur Pengujian ... 37
V.2.1.2 Data Hasil Pengujian ... 38
V.2.1.3 Grafik Karakteristik ... 38
V.2.2 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar ... 40
V.2.2.1 Prosedur Pengujian ... 41
V.2.2.2 Data Hasil Pengujian ... 42
V.2.2.3 Grafik Karakteristik ... 42
V.2.3 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar dan Medan Shunt ... 44
V.2.3.1 Prosedur Pengujian ... 45
V.2.3.2 Data Hasil Pengujian ... 46
V.2.3.3 Grafik Karakteristik ... 49
V.3 Hasil Grafik Karakteristik Motor DC Seri ... 52
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BAB I
PENDAHULUAN
I.I Latar Belakang
Motor adalah mesin yang merubah energi listrik menjadi energi mekanis.
Pada motor arus searah (motor DC) energi listrik yang diubah adalah energi listrik
arus searah. Sumber tegangan disuplai melalui rangkaian medan maupun
rangkaian jangkar motor tersebut.
Dalam dunia industri motor arus searah banyak digunakan sebagai motor
penggerak. Pemilihan motor arus searah sebagai motor penggerak dibandingkan
motor induksi maupun motor sinkron karena motor arus searah memiliki rentang
pengaturan kecepatan yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran
rotornya. Pengaturan kecepatan motor arus searah juga sangat mudah dilakukan
dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi.
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang jika beban bertambah,
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
searah penguatan kompon panjang dapat dilakukan dengan cara menyisipkan
tahanan variabel yang dihubungkan secara seri dengan medan shunt. Akan tetapi
motor arus searah penguatan kompon panjang tidak dapat berputar pada
kecepatan diatas nominalnya. Kekurangan ini dapat diatasi dengan metode
pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt.
Metode ini menggunakan dua tahanan variabel R1 dan R2. Tahanan
variabel R1 ditempatkan secara seri dengan medan shunt sedangkan tahanan
variabel R2 ditempatkan secara seri dengan jangkar.
Pada metode ini motor arus searah penguatan kompon panjang dapat
bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal. Penambahan tahanan jangkar
untuk kerja diatas kecepatan nominal sedangkan penambahan tahanan medan
shunt untuk kerja dibawah kecepatan nominal. Dengan demikian metode ini
memberikan pengaturan yang lebih baik dibandingkan dengan hanya menambah
tahanan pada medan shunt.
I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan
Adapun tujuan utama penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui
pengaruh tahanan seri pada jangkar dan medan shunt terhadap pengaturan
kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang.
Sedangkan manfaat tugas akhir ini dengan diketahuinya pengaruh tahanan
seri pada jangkar dan medan shunt terhadap pengaturan kecepatannya maka dapat
diaplikasikan pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009 I.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:
1. Motor yang digunakan adalah motor arus searah penguatan kompon
panjang.
2. Motor dianggap berputar dengan kecepatan konstan ataupun dalam
keadaan steady state pada saat dilakukan pengaturan kecepatan.
3. Pada penelitian ini tidak membahas tentang rugi-rugi pada motor arus
searah penguatan kompon panjang.
I.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. Metode Diskusi
Penulis melakukan diskusi dan konsultasi dengan dosen
pembimbing dan teman-teman mahasiswa pada Departemen
Teknik Elektro FT-USU mengenai masalah-masalah yang timbul
selama penulisan tugas akhir ini berlangsung.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Melakukan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik
Departemen Teknik Elektro FT-USU untuk mendapatkan data-data
yang dibutuhkan untuk penulisan tugas akhir ini.
I.5 Sistematika Penulisan
Gambaran tulisan ini secara singkat dapat diuraikan pada sistematika
penulisan sebagai berikut :
BAB I : Pendahuluan
Bab ini berisikan tentang gambaran umum mengenai tugas akhir
yang memuat latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan,
batasan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan.
BAB II : Motor Arus Searah
Bab ini menjelaskan teori umum mengenai motor arus searah,
prinsip kerja motor arus searah, reaksi jangkar, jenis-jenis motor
arus searah dan karakteristik motor arus searah.
BAB III : Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Seri
Bab ini berisikan tentang teori umum pengaturan kecepatan motor
arus searah penguatan kompon panjang.
BAB IV : Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Seri Dengan Menggunakan Tahanan Rheostat
Bab ini menunjukkan tentang pengaturan kecepatan yang
dilakukan pada motor arus searah penguatan kompon panjang.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Bab ini menunjukkan tentang jenis komponen dan spesifikasi
peralatan, rangkaian pengujian, prosedur pengujian, data-data
pengujian serta karakteristik motor arus searah penguatan kompon
panjang.
BAB VI : KESIMPULAN
Dalam bab ini dituliskan hal-hal yang dianggap penting di dalam
penulisan yang dirangkumkan sebagai kesimpulan.
BAB II
MOTOR ARUS SEARAH
II.1. Umum
Motor arus searah (motor DC) adalah mesin yang merubah 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
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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. Dimana 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
digunakan secara luas pada berbagai motor penggerak dengan kecepatan yang
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 tegangan pada
jangkar dengan menggunakan sebuah tahanan.
II.2. Konstruksi Motor Arus Searah
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 2.1(a) Konstruksi motor arus searah bagian stator
Gambar 2.1(b) Konstruksi motor arus searah bagian rotor
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
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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. Untuk menahan kumparan medan di tempatnya
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. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut ke inti kutub. Maka
kutub medan (inti kutub dan sepatu kutub) direkatkan bersama-sama kemudian
dibaut pada rangka.
Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga
(berbentuk bulat atau persegi) yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran
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
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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 kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar terbuat
dari bahan 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
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
1. Kumparan jerat (lap winding)
Pada kumparan jerat, banyaknya hubungan paralel jangkar (a) adalah
sebanyak : a = m.p
2. Kumparan gelombang (wave winding)
Pada kumparan gelombang, banyaknya hubungan paralel jangkar (a)
adalah sebanyak : a = 2m
3. Kumparan zig – zag (frog-leg winding)
Pada kumparan zig-zag, banyaknya hubungan paralel jangkar (a) adalah :
a = 2p.mlap
Dimana: p = jumlah kutub; m = kelipatan kumparannya; mlap = kelipatan
kumparan jeratnya
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. Dimana 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
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi
yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.
II.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah
(a) (b)
(c)
Gambar 2.2 Pengaruh penempatan konduktor pengalir arus dalam medan magnet
Setiap konduktor yang dialiri arus menghasilkan medan magnet
disekelilingnya. Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus
yang mengalir dalam konduktor.
H =
l I N×
Lilitan ampere /meter ... 2.1
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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 2.2(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 2.2(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 2.2 (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 diatas diterapkan pada motor dc. Prinsip kerja sebuah motor
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 2.3 Prinsip kerja motor arus searah
Berdasarkan gambar diatas 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, 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.
Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada
kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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
Dimana : F = Gaya lorenzt (Newton)
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 jangkar z
adalah :
F =z.B.I..l Newton ... 2.3
Sehingga gaya tersebut akan menghasilkan torsi,
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.
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 yang arahnya
sesuai dengan kaidah tangan kanan, dimana arahnya berlawanan dengan tegangan
yang diberikan kepada jangkar atau tegangan terminal. Karena arahnya melawan
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
e = - N
Besarnya ggl induksi maksimum dalam satu belitan adalah :
emaks = ω. φm volt Harga rata – ratanya adalah :
er =
Pada satu putaran jangkar berkutub 2, ggl melalui satu periode. Jika jangkar
itu mengadakan n rpm atau n rps, maka bagi satu periode lamanya T, adalah :
T =
n
60 detik
Sedangkan untuk jangkar berkutub P, maka :
T =
Dalam satu periode dilalui sudut yang besarnya 2π radial, sehingga :
ω = T 2π
Dimana:
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
T = Periode (detik)
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:
Jika jumlah batang penghantar z, maka N = 2
bernilai konstan, maka diperoleh :
Ea = C . n . φmvolt ... 2.10 Dimana : n = Kecepatan putaran (rpm)
Ea = Gaya gerak listrik induksi (volt)
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
r = jarak
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:
Daya yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berubah jadi daya
mekanik juga tergantung dari ggl lawan dan arus jangkarnya, sehingga dapat
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Ta =
π bernilai konstan, maka diperoleh :
Ta = k . φm . Ia ... 2.14
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 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 2.4 berikut ini :
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 2.4 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan
Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan bahwa :
1. Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.
2. Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.
Bidang netral magnetis didefenisikan sebagai bidang di dalam motor dimana
konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet, sehingga gaya gerak listrik
induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari
Gambar 2.4, sikat selalu ditempatkan disepanjang 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 ggm atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada
Gambar 2.5 berikut ini :
U
S
Bidang Netral Magnetis
O
A
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 2.5 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 karenanya 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 2.6
berikut ini:
Gambar 2.6 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
U
S
O
β Bidang netral
magnetis lama
Bidang netral magnetis baru
ω
FA Fr
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
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 2.6 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,
serta posisi bidang netral magnetis yang baru, dimana 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 dengan
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 kerapatan fluksi pada bagian yang
lainnya. Sehingga fluksi resultan akan berkurang dari harga tanpa bebannya.
Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu
dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Pengaruh reaksi jangkar yaitu berpindahnya garis netral yang
mengakibatkan kecenderungan timbul bunga api pada saat komutasi. Untuk itu
motor DC dirancang sedemikian agar penyebab reaksi jangkar dilawan dengan
satu medan dengan besar dan arah yang tepat.
Untuk itu pada motor DC dapat dilakukan dengan 2 cara yakni :
1. Kutub Bantu ; yakni kutub kecil yang terletak tepat pada pertengahan
antara kutub utara dan selatan, ditengah-tengah garis netral teoritis.
Lilitan penguat kutub ini dihubungkan seri dengan lilitan jangkar, hal ini
disebabkan medan lintang tergantung pada arus jangkarnya.
2. Lilitan kompensasi ; Untuk mengatasi pengaruh medan lintang ini pada
motor DC dilengkapi dengan kumparan yang terdiri dari sekunpulan
penghantar yang diletakkan didalam alur pada permukaan kutub utama
sehingga dengan demikian akan menimbulkan medan lintang yang
langsung melawan medan arus jangkar. Lilitan ini disebut lilitan
kompensasi, yang dihubungkan seri dengan lilitan jangkar.
II.5 Jenis – Jenis Motor Arus Searah
Adapun jenis –jenis motor arus searah yakni :
1. Motor arus searah Berpenguatan Bebas / Terpisah.
2. Motor arus searah Berpenguatan Sendiri.
Motor arus searah berpenguatan sendiri ini dapat dibagi atas :
1. Motor arus searah penguatan Shunt.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh +
3. Motor arus searah penguatan Kompon.
Motor arus searah kompon ini terdiri dari 2 bagian yakni :
1. Motor arus searah penguatan kompon pendek.
2. Motor arus searah penguatan kompon panjang.
Motor arus searah penguatan kompon panjang dapat digambarkan
rangkaian ekivalennya seperti berikut ini :
Karena drop tegangan pada sikat diabaikan, maka :
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Torsi (T)
II.6 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan seri
Untuk motor DC penguatan seri dan shunt hanya memiliki satu kumparan
medan. Sedangkan untuk motor DC penguatan kompon memiliki dua kumparan
medan yakni kumparan medan shunt dan medan seri.
Berikut ini tiga karakteristik dari sebuah motor DC penguatan kompon panjang.
II.6.1 Karakteristik Torsi (T = T (Ia)) V
Dengan pertambahan arus jangkar (Ia) sehingga (φ) bertambah dan torsi
(T) juga besar. Dari persamaan (2.14) yakni :
T =k.φm.Ia dimana φm =φsh+φs
T =k(φ +sh φs).Ia ...(2.15)
Jika fluksi medan shunt lebih besar dibandingkan dengan medan seri maka
bentuk karakteristik torsi dan arus seperti kurva 1. Sedangkan jika fluksi medan
seri lebih besar dibandingkan dengan medan shunt maka bentuk karakteristik
torsi dan arus seperti kurva 2. Gambar karakteristik untuk torsi dan arus dapat
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Arus Jangkar (Ia)
Gambar 2.8 Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar
II.6.2 Karakteristik Perputaran ( n = n(Ia)) V
Untuk motor kompon panjang :
)
Dengan pertambahan arus jangkar (Ia), fluks (φ) juga akan bertambah dan
)] (
[Vt−Ia Ra+Rs berkurang. Dengan pertambahan arus jangkar (Ia) maka
kecepatan jatuh pada motor kompon lebih cepat dibandingkan dengan motor
shunt. Karakteristik dari kecepatan dengan arus jangkar dapat digambarkan seperti
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Torsi (T) Compond
Seri
Shunt
Kecepatan (n)
1 2 (sumber: P.S BIMBHRA)
Gambar 2.9 Karakteristik kecepatan dan arus jangkar
II.6.3 Karakteristik Mekanis (T = T(n)) V
Ini merupakan kurva antara kecepatan (n)dan torsi (T) dari motor DC.
Jika Torsi (T) = k. φ.Ia bertambah, maka nilai (Ia) bertambah, sedangkan fluks
(φ) tetap. Dengan bertambahnya torsi (T) maka kecepatan (n) akan menurun,
maka kurva motor kompon ini sama dengan motor shunt. Untuk medan shunt
karakteristik kecepatan dan torsi ini mendekati ke motor shunt seperti kurva 1.
Sedangkan untuk medan seri karakteristik kecepatan dan torsi mendekati ke
motor seri seperti pada kurva 2. Gambar dari karakteristik kecepatan dan torsi
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
(sumber: P.S BIMBHRA)
Gambar 2.10 Karakteristik kecepatan dan torsi
BAB III
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI
III.1 Umum
Pengaturan putaran pada motor arus searah adalah salah satu usaha yang
diberikan terhadap motor arus searah penguatan kompon panjang yang sedang
berputar untuk mendapatkan putaran motor sesuai dengan yang diinginkan.
Kecepatan motor dc ini dapat diturunkan dengan rumus sebagai berikut :
φ
.
) .(
C R R I V
n= t − a a+ s
... 3.1
Dari persamaan diatas, dapat dilihat bahwa kecepatan putaran motor dapat diatur
dengan cara mengubah:
a. Tegangan Terminal (Vt)
b. Tahanan Jangkar (Ra)
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
+
-G
M
MI
v
tvarRG RM
=
=
Motor Induksi
Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dapat
dilakukan dengan cara menyisipkan tahanan variabel yang dihubungkan secara
seri dengan rangkaian medan shunt. Akan tetapi motor arus searah penguatan
kompon panjang tidak dapat berputar pada kecepatan rendah dibawah nominal.
Kekurangan ini dapat diatasi dengan metode pengaturan tahanan seri pada
jangkar dan medan shunt. Metode ini memungkinkan motor arus searah penguatan
kompon panjang dapat bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal.
III.2 Pengaturan Tegangan Terminal
Salah satu cara untuk mengatur besarnya kecepatan motor arus searah
penguatan kompon panjang adalah dengan mengatur tegangan terminal dari
motor. Pengaturan tegangan terminal ada beberapa cara yakni :
1. Dengan sistem Ward Leonard. Motor yang dipakai adalah motor
berpenguatan bebas.
(sumber : Zuhal )
Gambar 3.1 Pengaturan Tegangan Terminal Sistem Ward Leonard
Penggerak mula (motor induksi) digunakan untuk menggerakkan
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh
medan R dan mengubah tegangan Vt yang diberikan pada motor. G
Kadang-kadang pengaturan Vt ini juga dibarengi dengan pengaturan fluks
medan motor yaitu dengan mengatur tahanan medan Rm. Cara ini
menghasilkan suatu pengaturan kecepatan yang sangat halus dan banyak
dipakai pada lift, mesin bubut dll. Satu-satumya kerugian sistem ini adalah
memerlukan biaya yang sangat besar akibat penambahan generator dan
penggerak mulanya.
2. Dengan menggunakan SCR
3. Dengan menggunakan DC-Chopper
III.3 Pengaturan Tahanan Jangkar
Pengaturan kecepatan motor dilakukan dengan menyisipkan tahanan
variabel yang terhubung seri dengan jangkar, sehingga dengan demikian tahanan
jangkar dapat diatur akibatnya kecepatan motor dapat diatur-atur. Pengaturan
dengan menambah tahanan seri pada jangkar ini dapat dilihat pada gambar
dibawah ini.
Gambar 3.2 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar
III.4 Pengaturan Fluks Magnetik
Pengaturan fluksi dari motor arus searah penguatan kompon panjang dapat
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh
III.4.1 Pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt
Pada pengaturan ini kumparan medan shunt dihubungkan seri dengan
tahanan variabel sehingga melemahkan fluksi medan sehingga kecepatan motor
meningkat.
Gambar 3.2 Pengaturan dengan tahanan seri pada medan shunt
III.4.2 Pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt
Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dapat
dilakukan dengan cara menyisipkan tahanan variabel yang dihubungkan secara
seri pada jangkar dan medan shunt. Rangkaiannya dapat digambarkan seperti
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 3.4 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt
Dengan mengatur tahanan variabel untuk medan shunt (R serta pada 1)
jangkar (R diatas, maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan. 2)
BAB IV
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGGUNAKAN RHEOSTAT
IV.1 Umum
Pengaturan kecepatan motor arus searah dengan metode pengaturan
tahanan seri pada jangkar dan medan shunt merupakan kombinasi dari tahanan
luar yang dihubungkan secara seri terhadap jangkar dan medan shunt.
Pengaturan kecepatan yang dibahas dalam hal ini yakni pengaturan
kecepatan motor DC dengan pengaturan tahanan seri pada medan shunt,
pengaturan tahanan seri pada jangkar serta pengaturan tahanan seri pada jangkar
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh
IV.2 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada medan shunt.
Gambar rangkaiannya sbb :
Gambar 4.1 Pengaturan dengan tahanan seri pada medan shunt
Maka berlaku persamaan :
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh
Artinya : Dengan penambahan R1 akan merubah putaran motor (n) karena fluks
(φ) akan berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan di
laboratorium.
IV.3 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar.
Gambar rangkaiannya sbb:
Gambar 4.2 Pengaturan dengan menambah tahanan seri pada jangkar
Maka berlaku persamaan :
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Rsh
Artinya : Dengan penambahan R2 akan merubah putaran motor (n) karena fluks
(φ) akan berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan di
laboratorium.
IV.4 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada jangkar dan Medan Shunt.
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Gambar 4.3 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt
Maka diperoleh persamaan :
Ia =IL −Ish ampere
Artinya : Dengan penambahan R1 dan R2 akan merubah harga putaran motor (n)
karena fluks (φ) berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan
dilaboratorium.
Pada metode ini motor arus searah penguatan kompon panjang dapat
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
pada jangkar untuk kerja diatas kecepatan nominal sedangkan penambahan
tahanan (R1) pada medan shunt untuk kerja dibawah kecepatan nominal. Dengan
demikian metode ini memberikan pengaturan yang lebih baik dibandingkan
dengan hanya menambah tahanan pada medan shunt.
BAB V
ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGGUNAKAN
AUTO-TRANSFORMATOR
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Penelitian mengenai pengaturan kecepatan motor arus sarah penguatan
kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri dilakukan pada Laboratorium
Konversi Energi Listrik FT-USU.
Peralatan-peralatan yang digunakan pada metode ini adalah sebagai berikut :
1. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
2. Generator Arus Searah Penguatan Bebas
3. 1 Unit Power Pack MV
4. 2 Buah Voltmeter DC
5. 3 Buah Amperemeter DC
6. 2 Unit Tahanan Gesar
Adapun spesifikasi dari peralatan-peralatan pada penelitian ini adalah :
1. Motor yang digunakan pada penelitian ini adalah motor arus searah
penguatan kompon panjang AEG Type Gd 110/110 dengan data-data
sebagai berikut :
• Jenis Belitan Rotor = Jerat/gelung
• Jumlah Kutub = 2
• Daya motor = 1200 W
• Tahanan Jangkar (Ra) = 3.84
• Tahanan Medan Seri (Rs) = 0.41
• Tahanan Medan Shunt (Rsh) = 1287.5
• Tegangan Terminal (Vt) = 220 V
• Arus Jangkar (Ia) = 7.1 A
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Generator DC
2. Beban yang digunakan pada penelitian ini adalah sebuah Generator Arus
Searah Penguatan Bebas AEG Type Gf 110/140.
V.2 Rangkaian Pengujian
V.2.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt.
Gambar 5.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan pada medan shunt
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
V.2.1.1 Prosedur Pengujian pengaturan kecepatan motor DC untuk pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt
1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar 5.1
2. Besar tahanan R1 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan
medan shunt dari motor arus searah penguatan kompon panjang.
3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur
untuk menentukan step pengukuran tahanannya
4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang
digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon
panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor
dapat berputar.
5. Kemudian besar tahanan R1 diatur melalui tahanan geser dan catat
kecepatan motor yang ditunjukkan pada tachnometer. Setelah itu catat
harga-harga dariA1dan A2.
6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai
tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2dan juga kecepatan dari
motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar
tahanan R1 pada nilai tertentu.
7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan
gesernya diubah-ubah (bervariasi).
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Tabel 5.1 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
panjang dengan menggunakan tahanan seri (R1) pada medan
shunt dengan harga R1 bervariasi.
Dimana : Vt = 100 Volt (konstan)
R1
(Ohm)
Ia (A1)
(Ampere)
Ish (A2)
(Ampere)
n (rpm)
5 0.77 0.09 1300
10 0.77 0.08 1300
15 0.78 0.08 1300
20 0.78 0.08 1300
25 0.78 0.08 1300
30 0.78 0.08 1300
35 0.79 0.08 1295
40 0.79 0.08 1290
45 0.79 0.08 1280
50 0.79 0.08 1275
55 0.79 0.07 1260
60 0.79 0.07 1260
V.2.1.3 Grafik Karakteristik untuk Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R1) pada medan shunt
Bentuk karakteristik Kecepatan (n) dan Arus Jangkar(Ia) dapat
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
v1
V.2.2 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan motor DC untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar.
Gambar 5.2 Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan pada jangkar
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
V.2.2.1 Prosedur pengujian pengaturan kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar.
1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar 5.2.
2. Besar tahanan R2 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan
medan shunt dari motor arus searah penguatan kompon panjang.
3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur
untuk menentukan step pengukuran tahanannya
4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang
digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon
panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor
dapat berputar.
5. Kemudian besar tahanan R2 diatur melalui tahanan geser dan catat
kecepatan motor yang ditunjukkan pada tachnometer. Setelah itu catat
harga-harga dariA1dan A2.
6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai
tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2dan juga kecepatan dari
motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar
tahanan R2 pada nilai tertentu.
7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
V.2.2.2 Data Hasil Pengujian
Tabel 5.2. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
panjang dengan menggunakan tahanan seri (R2) pada jangkar
untuk harga R bervariasi. 2
Dimana : Vt = 100 Volt (konstan )
R2
(Ohm)
Ia (A1)
(Ampere)
Ish (A2)
(Ampere)
n (rpm)
5 0.75 0.08 670
10 0.72 0.08 700
15 0.71 0.08 750
20 0.71 0.08 795
25 0.70 0.08 810
30 0.69 0.08 850
35 0.68 0.08 900
40 0.68 0.08 945
45 0.66 0.08 995
50 0.66 0.09 1020
55 0.65 0.09 1050
60 0.65 0.09 1100
V.2.2.3 Grafik Karakteristik untuk Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R2)
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
v1
Bentuk karakteristik Kecepatan (n) dan Arus Jangkar(Ia) dapat
digambarkan seperti berikut ini:
V.2.3 Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan motor DC penguatan kompon panjang untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt.
Gbr 5.3Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan pada jangkar dan medan shunt
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
V.2.3.1 Prosedur pengujian pengaturan kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt.
1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar 5.3.
2. Besar tahanan R1 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan
medan shunt sedangkan tahanan R2 diatur melalui tahanan geser yang
dihubungkan dengan jangkar dari motor arus searah penguatan kompon
panjang.
3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur
untuk menentukan step pengukuran tahanannya.
4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang
digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon
panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor
dapat berputar.
5. Kemudian besar tahanan R1 dan R2 diatur melalui tahanan geser dengan
besar yang sama dan catat kecepatan motor yang ditunjukkan pada
tachnometer. Setelah itu catat harga-harga dariA1dan A2.
6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai
tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2dan juga kecepatan dari
motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar
tahanan R1 dan R2 pada nilai tertentu. Dengan catatan nilai tahanan R1
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan
gesernya diubah-ubah (bervariasi). Dimana nilai tahanan R1 tetap
konstan dan R2 diubah-ubah nilainya sesuai dengan besar tahanan yang
ditentukan.
8. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan
gesernya diubah-ubah (bervariasi). Dimana nilai tahanan R2 tetap
konstan dan R1 diubah-ubah nilainya sesuai dengan besar tahanan yang
ditentukan.
V.2.3.2 Data Hasil Pengujian
Tabel 5.3. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
55 55 0.71 0.09 1170
60 60 0.69 0.09 1210
Tabel 5.4. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan
medan shunt untuk harga tahanan R1 konstan dan harga R2
bervariasi.
Dimana : Vt = 100 Volt (konstan )
R1
(ohm)
R2
(ohm)
Ia (A1)
(ampere)
Ish (A2)
(ampere)
n (rpm)
10 5 0.76 0.08 750
10 10 0.75 0.08 790
10 15 0.73 0.08 820
10 20 0.73 0.08 850
10 25 0.72 0.08 900
10 30 0.72 0.08 950
10 35 0.71 0.08 995
10 40 0.70 0.08 1050
10 45 0.70 0.08 1080
10 50 0.69 0.08 1130
10 55 0.68 0.08 1150
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
Tabel 5.5. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon
panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan
medan shunt untuk harga tahanan R2 konstan dan harga R1
bervariasi.
Dimana : Vt = 100 Volt (konstan )
R1
(ohm)
R2
(ohm)
Ia (A1)
(ampere)
Ish (A2)
(ampere)
n (rpm)
5 10 0.75 0.09 1180
10 10 0.76 0.09 1180
15 10 0.76 0.08 1180
20 10 0.76 0.08 1170
25 10 0.77 0.08 1170
30 10 0.77 0.08 1170
35 10 0.78 0.08 1160
40 10 0.78 0.08 1160
45 10 0.78 0.08 1160
50 10 0.79 0.08 1150
55 10 0.79 0.08 1150
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
BAB VI
KESIMPULAN
VI.1 Kesimpulan
Berdasarkan uraian dan penelitian yang penulis lakukan dapat diambil
beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang
pada Medan Shunt untuk harga R1 maka diperoleh harga kecepatan motor
semakin kecil dibawah kecepatan nominalnya.
2. Pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang
pada Jangkar untuk harga R2 maka diperoleh harga kecepatan motor
semakin besar diatas kecepatan nominalnya.
3. Pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang
pada jangkar dan Medan Shunt untuk harga R1 dan R2 sama maka
diperoleh harga kecepatan motor semakin besar diatas kecepatan
nominalnya apabila nilai R1 dan R2 semakin diperbesar dengan harga yang
sama.
4. Pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
maka diperoleh harga kecepatan motor semakin besar diatas kecepatan
nominalnya.
5. Pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang
pada jangkar dan Medan Shunt untuk harga R1 bervariasi dan R2 konstan
maka dperoleh harga kecepatan motor semakin kecil dibawah kecepatan
nominalnya.
6. Dari hasil karakteristiknya terlihat bahwa bentuk yang paling bagus yakni
pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang pada
Jangkar dan Medan Shunt untuk R1 bervariasi dan R2 konstan, dimana
bentuk gambarnya yang paling datar atau sesuai dengan bentuk
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
DAFTAR PUSTAKA
1. Sumanto Drs, M.A, Mesin Arus Searah, Penerbit Andi Offset
Yokyakarta, 1992.
2. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya, Edisi ke-5,
Penerbit Gramedia Jakarta, 1995.
3. Bimbhra P.S, Electrical Machinery, Khanna Publishers 2-B, Nath Market,
Nai Sarak, Delhi, 1984.
4. Thearaja B.L, A Text-Book of Electrical Technology, Nurja Construction
& Delevopment, New Delhi, 1989.
5. Yon Rijono, Drs, Dasar Teknik Tenaga Listrik, Penerbit Andi Offset
Yokyakarta, 2002.
6. Mehta, V.K dan Mehta, Rohit, Principle of Electrical Machines, S.Chand
Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat Dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri, 2007.
USU Repository © 2009
7. Hamzah Berahim, Ir, Pengantar Teknik Tenaga Listrik, Penerbit Andi