• Tidak ada hasil yang ditemukan

Analisa Efisiensi Motor DC Seri Akibat Pergeseran Sikat

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2016

Membagikan "Analisa Efisiensi Motor DC Seri Akibat Pergeseran Sikat"

Copied!
70
0
0

Teks penuh

(1)

9 Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian 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. Syamsul Amien, MT, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Ibu Syiska Yana ST, MT selaku dosen Wali penulis atas bimbingan dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bang Isroy, ST, selaku pegawai di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU yang telah banyak membantu Penelitian ini.

5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

(2)

10 Robin, Antonius, Jhonson dan seluruh teman-teman elektro ’08 lainnya, terimakasih atas dukungannya.

7. Semua abang senior dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman , masukkan, dan motivasi kepada penulis.

8. Asisten Laboratorium ( terutama Rizki H), Arfan, Bambang, Dhuha, Diky, Jaka yang membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan TA.

9. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Kepada Allah SWT jualah penulis menyerahkan diri.

Medan, Februari 2013

Penulis

(3)

11

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR... ix

DAFTAR TABEL... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 1

1.3 Batasan Masalah... 2

1.4 Metode Penulisan... 2

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum... 5

2.2 Kontruksi Motor Arus Searah... 6

2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 10

(4)

12

2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas………... 15

2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri……….... 17

2.5.2.1 Motor DC Penguatan Shunt………... 17

2.5.2.2 Motor DC Seri………... 18

2.5.2.3 Motor DC Penguatan Kompond……… 18

2.6 Komputasi ( Penyearahan ) ………... 21

2.6.1 Reaksi Jangkar………... 21

2.6.2 Tegangan L.di/dt………... 25

2.6.3 Mengatasi Masalah Komutasi………... 26

2.6.3.1 Pergeseran Sikat………... 26

2.6.3.2 Penambahan Kutub Bantu………... 27

2.6.3.3 Belitan Kompensasi………... 28

2.7 Rugi-rugi Motor Arus Searah Penguatan Sendiri………... 29

2.7.1 Rugi-rugi Tembaga ………... 31

2.7.2 Rugi-Rugi Inti………... 31

2.7.3 Rugi-Rugi Mekanis………... 34

2.7.4 Rugi-Rugi Sikat………. 34

2.7.5 Rugi-Rugi Beban………... 35

2.8 Efisiensi Motor Arus Searah………... 39

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum………….………... 40

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian……… 40

(5)

13

3.4 Pendekatan Penelitian………... 41

3.5 Objek Penelitian………... 41

3.6 Variabel Penelitian………... 41

3.7 Metode Pengumpulan Data………... 41

3.7.1 Metode Dokumentasi………... 42

3.7.2 Metode Observasi………... 42

3.8 Langkah Penelitian………... 42

3.8.1 Tahap Persiapan………... 42

3.8.2 Tahap Pengambilan Data………... 43

3.9 Teknik Analisa Data………... 43

3.10 Alat dan Bahan………... 44

3.11 Rangkaian Pengujian………... 44

3.11.1 Tanpa Beban………... 44

3.11.2 Berbeban………... 45

3.12 Prosedur Pengujian………... 46

3.12.1 Tanpa Beban………... 46

3.12.2 Berbeban………... 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum... 48

(6)

14 4.2.1 Hasil Pengujian Motor DC Seri Tanpa Beban………….. 48 4.2.2 Hasil Pengujian Motor DC Seri Berbeban……… 49

4.3 Analisa Data………... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan... 62

5.2 Saran... 62

(7)

15

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Kontruksi Motor Arus Searah ………... 6

Gambar 2. 2 Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Stator... 6

Gambar 2.3 Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor... 6

Gambar 2.4 Inti Jangkar yang Berlapis-lapis……... 8

Gambar 2.5 Sikat-sikat………... 10

Gambar 2.6 Pengaruh Penempatan Konduktor Dalam Medan Magnet.. 11

Gambar 2.7 Prinsip Perputaran Motor DC……….….... 12

Gambar 2.8 Aturan Tangan Kiri... 13

Gambar 2.9 Motor Arus Searah Penguatan Bebas………... 16

Gambar 2.10 Motor Arus Searah Penguatan Shunt………... 17

Gambar 2.11 Motor Arus Searah Penguatan Seri……....………. 18

Gambar 2.12 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Pendek…...…… 19

Gambar 2.13 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Panjang…..…… 20

Gambar 2.14 Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Medan…………. 21

Gambar 2.15 Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Jangkar………….. 22

(8)
(9)

17

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tipe dan Jenis Kerugian………..……… 37 Tabel 2.2 Kerugian-kerugian Pada Mesin DC ………...…… 38 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Motor DC Seri Tanpa Beban ………….. 49 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Motor DC Seri Berbeban …..………….. 50 Tabel 4.3 Data Hasil Analisa Persgeseran Sikat Pada Motor DC

(10)

11

DAFTAR ISI

ABSTRAK... i

KATA PENGANTAR... ii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR... ix

DAFTAR TABEL... xi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 1

1.3 Batasan Masalah... 2

1.4 Metode Penulisan... 2

1.5 Sistematika Penulisan... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum... 5

2.2 Kontruksi Motor Arus Searah... 6

2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 10

(11)

18

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Umum

Motor arus searah (motor DC) adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis. 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.

(12)

19 2.2 Konstruksi Motor Arus Searah

Gambar di bawah ini merupakan konstruksi motor arus searah.

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Arus Searah

Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian stator

(13)

20 Keterangan dari gambar di atas adalah:

1. Badan motor (rangka)

Rangka (frame atau yoke) mesin arus searah seperti juga mesin-mesin listrik lainnya secara umum memiliki dua fungsi, yaitu:

a. Merupakan sarana pendukung mekanik untuk mesin secara keseluruhan.

b. Untuk membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.

Untuk mesin kecil, pertimbangan harga lebih dominan dari pada beratnya, biasanya rangkanya terbuat dari besi tuang (cast iron), tetapi untuk mesin-mesin besar umumnya terbuat dari baja tuang (cast steel) atau lembaran baja (rolled steel). Rangka ini pada bagian dalam dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti, selain itu rangka ini juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi, disamping kuat secara mekanik.

Biasanya pada motor terdapat papan nama (name plate) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari mesin, juga terdapat kotak ujung yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung belitan penguat medan dan lilitan jangkar.

2. Kutub

(14)

21 a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan

b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung.

3. Inti jangkar

Inti jangkar yang umum digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL induksi. Inti jangkar yang terbuat dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar komponen-komponen (lilitan jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya ggl induksi dapat bertambah besar. Seperti halnya inti kutub magnet maka jangkar dibuat dari bahan berlapis- lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus linier ditunjukkan pada gambar 2.4

Gambar 2.4 Inti Jangkar yang Berlapis-Lapis

(15)

22 4. Kumparan jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Pada motor DC penguatan kompon panjang kumparan medannya diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada motor DC penguatan kompon pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar.

5. Kumparan medan

Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. 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.

6. 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.

7. Sikat-Sikat

(16)

23 komutator untuk menyalurkan arus listrik. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan.

Gambar 2.5 Sikat-Sikat

Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik. Agar gesekan antar komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator. Maka sikat harus lebih lunak dari pada komutator.

8. Celah udara

Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.

2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah

(17)

24 pada suatu medan magnet maka konduktor akan mengalami gaya mekanik, separti diperlihatkan pada gambar:

(a) (b) (c)

Gambar 2.6 Pengaruh Penempatan Konduktor Berarus Dalam Medan Magnet

Pada gambar 2.6(a) menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus listrik menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor dapat diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Kuat medan tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada konduktor. Sedangkan gambar 2.6(b) menunjukkan sebuah medan magnet yang arah medan magnetnya adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.

(18)

25 Dalam keadaan ini, fluksi di daerah di atas konduktor yang kerapatannya bertambah akan mengusahakan gaya ke bawah kepada konduktor, untuk mengurangi kerapatannya. Hal ini menyebabkan konduktor mengalami gaya berupa dorongan ke arah bawah. Begitu juga halnya jika arah arus dalam konduktor dibalik. Kerapatan fluksi yang berada di bawah konduktor akan bertambah sedangkan kerapatan fluksi di atas konduktor berkurang. Sehingga konduktor akan mendapatkan gaya tolak ke arah atas. Konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan.

Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar berikut ini.

Gambar 2.7 Prinsip Perputaran Motor DC

(19)

26 kumparan jangkar mengalir arus jangkar �. Arus yang mengalir pada konduktor-konduktor kumparan jangkar menimbulkan fluksi magnet yang melingkar. Fluksi jangkar ini memotong fluksi dari kutub medan, sehingga menyebabkan perubahan kerapatan fluksi dari medan utama. Hal ini menyebabkan jangkar mengalami gaya sehingga menimbulkan torsi.

Gaya yang dihasilkan pada setiap konduktor dari sebuah jangkar, merupakan akibat aksi gabungan medan utama dan medan disekeliling konduktor. Gaya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar fluksi medan utama dan kuat medan di sekeliling konduktor. Medan di sekeliling masing-masing konduktor jangkar tergantung pada besarnya arus jangkar yang mengalir pada konduktor tersebut. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri.

Gambar 2.8 Aturan Tangan Kiri untuk Prinsip Kerja Motor DC

Besarnya gaya F = B . I . l . sinθ, karena 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 :

(20)

27 Dimana :

F = Gaya lorenz (Newton) I =

B = Kerapatan fluksi (Weber/m

Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) 2

l = Panjang konduktor jangkar (m)... )

Sedangkan torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan:

T=F.r………...(2.2)

Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar dari pada torsi beban maka motor akan berputar. Besarnya torsi beban dapat dituliskan dengan:

�=�.∅.�………..………...(2.3)

=

�.�

2��………..………(2.4)

Dimana : T = torsi (N-m)

r = jari-jari rotor (m)

K = konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor) ∅ = fluksi setiap kutub

�� = arus jangkar (A)

P = jumlah kutub

z = jumlah konduktor

(21)

28 2.4 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Pada Motor Arus Searah

Ketika jangkar motor berputar konduktornya juga berputar dan memotong fluksi utama. Sesuai dengan hukum faraday, akibat gerakan konduktor di dalam suatu medan magnetik maka pada konduktor tersebut akan timbul GGL induksi yang diinduksikan pada konduktor tersebut dimana arahnya berlawanan dengan tegangan yang diberikan pada motor. Karena arahnya melawan, maka hal tersebut disebut GGL lawan. Besarnya tegangan yang diinduksikan tersebut sesuai dengan persamaan berikut:

=

60

.

(

����

)

...(2.5)

Persamaan tegangan secara umum dapat ditulis sebagai berikut:

�� =�′.�.∅...(2.6) Dimana:

=

���������

=

�.�

�.60...(2.7)

2.5 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 :

2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

(22)

29 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas

Gambar 2.9 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

Persaman umum motor arus searah penguatan bebas

= �+ �... (2.8) � = �+ �...(2.9) Dimana: � = tegangan terminal jangkar motor arus searah (volt)

= arus jangkar (Amp)

= tahanan jangkar (ohm)

�� = arus medan penguatan bebas (amp)

�� = tahanan medan penguatan bebas (ohm)

�� = tegangan terminal medan penguatan bebas (volt)

�� = gaya gerak listrik motor arus searah (volt)

(23)

30 2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri

Motor arus searah penguatan sendiri dibagi atas tiga yaitu:

2.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt

Gambar 2.10 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Persamaan umum motor arus searah penguatan shunt

�� = ��+ ����...(2.10)

��ℎ = �� = ��ℎ.��ℎ...(2.11)

�� =�� + ��ℎ ...(2.12)

Dimana :

��ℎ = arus kumparan medan shunt (ohm)

��ℎ = tegangan terminal medan motor arus searah (volt)

��ℎ = tahanan medan shunt (ohm)

(24)

31 2.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Seri

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Gambar 2.11 Motor Arus Searah Penguatan Seri

Persamaan umum motor arus searah penguatan seri:

= �+ �(�+ �)...(2.13)

=

��−��

��−��

...(2.14)

=

...(2.15)

Dimana:

�� = arus beban (amp)

2.5.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompond

Motor arus searah penguatan kompon terbagi atas dua, yaitu:

2.5.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Pendek

(25)

32 Gambar 2.12 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Pendek

Persamaan umum motor arus searah penguatan kompond pendek:

�� = ��+ ��ℎ...(2.16)

�� = ��+ ��.���+ ��.�� ...(2.17)

��� = ��.��...(2.18)

Dimana:

��.��� = tegangan jatuh pada kumparan seri

(�)2.��� = rugi daya pada kumparan seri

.� = tegangan jatuh pada kumparan armatur

(26)

33 2.5.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Panjang

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompond panjang

Gambar 2.13 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Panjang

Persamaan umum motor arus searah penguatan kompond panjang:

�� = ��+ ��ℎ...(2.19)

�� = ��+ ��. (��� + ��) ...(2.20)

��� = ��.��...(2.21)

= ��ℎ...(2.22)

Dimana:

(27)

34 2.6 Komputasi ( Penyearahan )

Dalam proses komutasi (penyearahan) mesin arus searah terdapat dua masalah utama yang mempengaruhi kerja mesin tersebut, yaitu:

- Reaksi jangkar - Tegangan (L di/dt)

2.6.1 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 2.14 berikut ini :

Gambar 2.14 Fluksi Yang Dihasilkan Oleh Kumparan Medan

U

S

O M

Bidang Netral Magnetis

Sikat

(28)

35 Dari gambar 2.14 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 induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari gambar 3.1 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

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 3.2 berikut ini :

mewakili besar dan arah dari fluksi medan utama, di mana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral magnetis.

Gambar 2.15 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

U

S

Bidang Netral Magnetis

O

A

(29)

36 gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OFA

U

S

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 pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari gambar 2.16 berikut ini:

Gambar 2.16 Hasil Kombinasi Antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar

(30)

37 Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.16 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,

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 2.17 sebagai berikut:

serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat sikat.

Gambar 2.17 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

O Φ

gg z

x y

(31)

38 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 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.

2.6.2 Tegangan L.di/dt

Masalah utama kedua adalah tegangan L.di/dt yang terjadi pada segmen komutator yang terhubung singkat oleh sikat-sikat (inductive kick). Misalkan arus pada sikat (IA) sebesar 400 A, arus tiap jalur 1/2IA

Dengan induktansi yang kecil pada rangkaian, tegangan V = L.di/dt yang signifikan akan diinduksikan pada segmen komutator. Tegangan tinggi ini secara alami menyebabkan adanya percikan bunga api pada sikat-sikat mesin.

(32)

39 2.6.3 Mengatasi Masalah Komutasi

Ada tiga cara untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat proses komutasi, yaitu:

1. Pergeseran sikat (brush shifting)

2. Kutub-kutub komutasi (comutating poles/interpoles) 3. Belitan kompensasi (kompensating windings)

2.6.3.1 Pergeseran Sikat (Brush Shifting)

Ide dasarnya adalah dengan memindahkan sikat seirama dengan perpindahan bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang timbul. Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul, maka jarak perpindahan bidang netralnya pun berpindah, sehingga sikat harus juga diubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat akan memperburuk melemahnya fluks akibat reaksi jangkar mesin, selain dengan metode ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk bekerja sebagai generator (akan menimbulkan percikan api yang lebih besar), dan sangat tidak ekonomis terutama untuk mesin-mesin berukuran kecil.

(33)

40 ( a )

( b)

Gambar 2.18 Bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat

mesin.

2.6.3.2 Penambahan Kutub Bantu (interpole)

(34)

41 maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sikat mesin tersebut. Untuk itu, kutub-kutub kecil yang disebut kutub komutasi ditempatkan ditengah-tengah diantara kutub-kutub utama. Interpole ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari interpole ini akan dapat mencegah/mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi.

Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotor pun meningkat, besarnya perubahan/ pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang melakukan komutasi. Pada saat itu fluks interpole juga meningkat, menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral.

Jangkar

Gambar 2.19 Motor DC yang Dilengkapi Dengan Kutub Bantu

2.6.3.3 Belitan Kompensasi (Compensating Windings)

Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan, rotor belitan

(35)

42 beban berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu diimbangi oleh fluks belitan kompensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser.

Teknik ini memiliki kelemahan karena mahal harganya, dan juga masih memerlukan interpole untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan kompensasi. Karenanya teknik ini digunakan untuk motor-motor yang bekerja ekstra berat, dimana pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.

2.7 Rugi – Rugi Motor Arus Searah Penguatan Sendiri

(36)

43 mengalami kerugian-kerugian yaitu :

a. � ( rugi gesekan )

b. � ( Joule ) ialah kerugian-kerugian yang disebabkan oleh kerugian tembaga dan kerugian besi � = ��� + �

c. � pada penguat

d. � pada sikat-sikat dan sebagainya.

Dengan demikian selalu ada selisih antara daya masukan dan daya keluaran motor. Ini merupakan rugi-rugi daya yang terjadi di dalam motor. Dalam persamaan dinyatakan dengan :

Σ Rugi-Rugi = Daya Masukan – Daya Keluaran...(2.23)

(37)

44 Sebagian tenaga listrik ( input ) motor DC hilang atau berubah menjadi panas. Dalam hal ini akan menimbulkan panas yang berlebihan yang berakibat rusaknya isolasi. Hal tersebut terjadi pada setiap mesin arus searah, baik itu generator DC maupun motor DC dan mesin AC. Kerugian – kerugian itu antara lain disebabkan oleh reaksi jangkar, arus liar, gesekkan, arus yang mengalir pada belitan, rheostat dan sebagainya.

2.7.1 Rugi-Rugi Tembaga (Copper losses)

Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi daya yang terjadi di dalam kumparan medan dan kumparan jangkar motor. Karena kawat tembaga kedua kumparan tersebut memiliki nilai resistansi Rf dan Ra, maka jika mengalir arus DC sebesar If dan Ia

P

akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :

a = Ia2Ra

= rugi tembaga kumparan jangkar f

I

= rugi tembaga kumparan medan a = arus jangkar Ra I

= resistansi jangkar f = arus medan Rf

3.7.2 Rugi-Rugi Inti (core or iron losses)

= resistansi medan

(38)

45 1). Rugi Hysteresis

Rugi hysteresis terjadi di dalam jangkar mesin DC karena setiap bagian jangkar dipengaruhi oleh pembalikan medan magnetik sebagaimana bagian tersebut lewat di bawah kutub-kutub yang berurut.

Gambar 2.21 Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub

Gambar 2.21 menunjukkan jangkar yang berputar di dalam motor dua kutub. Dengan menganggap ab sebagai potongan kecil dari jangkar. Ketika potongan ab berada di bawah kutub N, garis-garis magnetik lewat dari a ke b. Setengah perputaran selanjutnya, dari potongan besi yang sama berada di bawah kutub S dan garis-garis magnetik lewat dari b ke a sehingga sifat magnet di dalam besi dibalik.

(39)

46

f = frekuensi pembalikan magnetik =

Sebagai tambahan terhadap tegangan yang diinduksikan di dalam konduktor jangkar, ada juga tegangan yang diinduksikan di dalam inti jangkar. Tegangan ini menghasilkan arus yang bersirkulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.22. Ini disebut sebagai arus pusar (eddy current) dan daya yang hilang karena alirannya disebut dengan rugi arus pusar.

Rugi arus pusar berlaku sebagai panas yang dapat menaikkan temperatur motor dan menurunkan efisiensinya. Jika suatu inti besi padat digunakan sebagai inti jangkar, resistansi terhadap arus pusar ini akan menjadi kecil karena lebarnya luas penampang inti. Akibatnya, nilai arus pusar dan juga rugi arus pusarnya akan menjadi besar. Besarnya nilai arus pusar dapat dikurangi dengan membuat resistansi inti sebesar mungkin secara praktisnya.

(40)

47 Gambar 2.22 (a) Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat

(b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi

2.7.3 Rugi-Rugi Mekanis (mechanical losses)

Rugi-rugi mekanis di dalam motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis. Ada dua bentuk dasar rugi-rugi mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan angin.

Rugi-rugi gesekan adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara permukaan bagian-bagian yang berputar dengan bagian-bagian yang diam dari motor, diantaranya gesekan bearing atau bantalan peluru dengan rumah bearing atau dengan as rotor. Juga gesekan antara permukaan sikat dengan komutator. Karena adanya suatu nilai koefisien gesek antara permukaan bagian-bagian tersebut, walaupun kecil, diperlukan gaya untuk mengimbangi gaya lawan akibat koefisien gesek tersebut jika ingin menggerakkan rotor motor DC tersebut.

Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing) motor. Baik itu pergesekan antara permukaan rotor dengan udara pada celah udara di dalam motor ataupun gesekan udara dengan kipas pendingin yang dipasangkan pada rotor di dalam motor. Rugi-rugi angin ini bervariasi tergantung pada kecepatan rotasi motor tersebut.

2.7.4 Rugi – rugi sikat (brush losses)

(41)

48 sikat dan juga tahanan kontak antara permukaan sikat dengan komutator maka terdapat rugi jatuh tegangan pada sikat yang dinyatakan dengan Vbd

P

. Jatuh tegangan sikat ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar :

bd =

= rugi daya akibat jatuh tegangan sikat a

V

= arus jangkar

bd = jatuh tegangan sikat

Besarnya nilai jatuh tegangan sikat-sikat pada motor DC hampir konstan dalam rentang arus jangkar yang besar. Maka rugi – rugi sikat dapat dihitung dengan persamaan:

Pbd = 2 x Ia

…...………..…...(2.28)

3.7.5 Rugi-Rugi Beban Stray (stray load losses)

Rugi-rugi beban stray merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar di dalam tembaga dan rugi-rugi inti tambahan di dalam besi, yang timbul karena pendistorsian fluks magnetik oleh arus beban (tidak termasuk yang disebabkan oleh jatuh tegangan IR) dan rugi-rugi hubung singkat komutasi.

(42)

49 Rugi-rugi di dalam motor DC di atas juga dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :

1. Rugi-rugi Konstan 2. Rugi-rugi Variabel

1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya selalu tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan. Rugi – rugi inti + mekanis disebut dengan rugi – rugi rotasi.Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi konstan adalah :

a. Rugi-rugi inti yaitu rugi-rugi hysteresis dan arus pusar b. Rugi-rugi mekanis yaitu rugi-rugi gesek dan angin c. Rugi-rugi tembaga medan shunt.

2. Rugi-rugi variabel yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya bervariasi terhadap arus pembebanan.Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi ini adalah :

a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (Ia2Ra b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri (I

) a2Rse c. Rugi jatuh tegangan sikat (V

) bdIa

Sehingga rugi-rugi total di dalam motor DC adalah : )

Σ Rugi – Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel…...….(2.29)

(43)

50 Tabel 2.1 Tipe dan Jenis Kerugian

Tipe – tipe Kerugian Keterangan

a. Kerugian pada belitan shunt b. Kerugian pada rheostat

c. Kerugian pada penguat

d. Kerugian oleh gesekkan dan oleh angin

e. Kerugian karena gesekkan sikat-sikat

f. Kerugian pada ventilasi g. Kerugian inti

h. Kerugian pada lilitan jangkar i. Kerugian pada lilitan seri j. Kerugian pada kontak sikat

k. Kerugian stray load

Kerugian �2R pada belitan penguat shunt

Kerugian �2R pada tahanan geser ( ��� , R pengatur )

Kerugian mekanis akibat gesekkan sikat-sikat

Kerugian pada kipas pendingin

Kerugian �2R pada lilitan jangkar Kerugian �2R pada lilitan penguat seri Kerugian listrik pada sikat-sikat dan kontak-kontak

(44)

51 komutasi.

Untuk lebih jelasnya pada tabel 4.2 menunjukkan jenis kerugian-kerugian pada mesin DC dan bagaimana cara menentukan besarnya kerugian-kerugian tersebut.

Tabel 2.2 Kerugian-kerugian pada Mesin DC

Kerugian- kerugian Cara menentukan

Perputara (Stray Power ) Gesekan :

Biasanya ditentukan melalui tes

(45)

52

Lilitan shunt U ��ℎ

Stray Load Losses 1 percent dari output untuk mesin yang lebih besar dari 150 KW ( 200 HP )

2.8 Efisiensi pada Motor Arus Searah

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

η(%) = Pout

Pin x 100% ………...………(2.26)

Atau pada motor :

η(%) = HPoutputx746

watt input x 100%………..(2.27)

η(%) = HPoutputx746

(HPinputx746)+wattrugi x 100%……….……….(2.28)

Dimana: Pin = daya masukan

Pout = daya keluaran

(46)

53 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

(47)

54 3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Tempat penelitian di Laboratorium Konversi Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari 2013.

3.3 Lama Penelitian

Untuk mendapatkan data yang akurat dan valid maka, penelitian ini dilaksanakan mulai tanggal 18 Januari sampai 19 Januari 2013 untuk bisa mendapatkan data-data mengenai efisiensi motor DC seri akibat pergeseran sikat. 3.4 Pendekatan Penelitian

Pendekatan penelitian adalah metode atau cara mengadakan penelitian, juga menunjukkan jenis atau penelitian yang diambil. Berdasarkan pengertian tersebut maka penelitian ini adalah penelitian diskriptif, yaitu penelitian yang bertujuan untuk menggambarkan keadaan obyektif dalam penelitian, dalam hal ini adalah analisa efisiensi motor DC seri akibat pergeseran sikat.

3.5 Objek Penelitian

Obyek penelitian ini adalah melakukan pengukuran terhadap motor DC seri akibat pergeseran sikat

3.6 Variabel Penelitian

Variabel penetian adalah obyek penelitian atau apa saja yang menjadi titik perhatian suatu penelitian. Variabel dalam penelitian adalah :

(48)

55 2. Pergeseran Sikat

3.7 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukan keberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam memilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metode-metode tersebut adalah sebagai berikut :

3.7.1 Metode Dokumentasi

Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperoleh data melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang akan peneliti gunakan adalah data-data yang berhubungan dengan arus, dan tegangan.

3.7.2 Metode Observasi

Pengumpulan data dengan observasi langsung atau dengan pengamatan langsung adalah cara pengambilan data ketempat penelitian. Dalam hal ini penulis langsung berada di lokasi penelitian yaitu di Laboratorium Konversi Energi Listrik dan mengadakan penelitian mengenai hal-hal yang perlu dicatat sebagai data dalam penelitian.

3.8 Langkah- Langkah Penelitian

(49)

56 Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untuk mengkoordinasikan agar saat penelitian dapat berjalan dengan lancar. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Mempersiapkan alat dan bahan untuk penelitian, semua alat dan bahan yang akan digunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu.

2. Mengkondisikan obyek penelitian.

Obyek penelitian yang dimaksudkan disini adalah Motor DC seri, sikat dan beban. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:

a) Memastikan bahwa motor DC seri dapat beroperasi dan mengatur beberapa pergeseran sikat beserta beban.

b) Memeriksa Power Supply dan Multimeter apakah sudah disetting dengan benar.

3. Mengkondisikan alat ukur.

Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitas yang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus disetting sesuai dengan keadaan seperti skala operasi.

3.8.2 Tahap Pengambilan Data

Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian yang meliputi arus dan putaran terhadap arus medan.

3.9 Teknik Analisa Data

(50)

57 memecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian. Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam perhitungan efisiensi motor DC seri. Persamaan umum motor arus searah penguatan seri:

= �+ �(�+ �) � = ���−��

��−���

= �

Setelah melakukan pengukuran selanjutnya dilakukan analisa untuk menentukan efisiensi dari moto DC seri dengn posisi sikat -30° , -20°, -10°, 0°, +10°, +20° dan +30°. Dengan menggunakan formulasi sebagai berikut :

Perhitungan rugi-rugi motor P rugi= �² ( � + � )

Dan perhitungan daya output dan daya input serta efisiensi menggunakan formulasi sebagai berikut :

a. Pout = 2πnT

(51)

58 2. Satu unit motor DC

3. Kabel penghubung 4. Sumber tegangan DC 5. Ammeter

6. Voltmeter

3.11 Rangkaian Pengujian

3.11.1 Percobaan Tanpa Beban

Adapun rangkaian percobaan tanpa beban yang dilakukan secara umum dapat ditunjukkan pada Gambar 3.1 sebagai berikut :

P

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan Motor DC tanpa beban

3.10.2 Percobaan Berbeban

(52)

59

Gambar 3.2 Rangkaian Percobaan Motor DC Berbeban

3.12 Prosedur Pengujian

3.12.1 Percobaaan Tanpa Beban

Adapun prosedur percobaan tanpa beban adalah sebagai berikut :

1. Rangkaian dibuat seperti pada gambar 3.1 dimana semua switch dalam keadaan terbuka dan PTDC dalam keadaan minimum.

2. Atur posisi sikat pada posisi -30

3. Tutup saklar S1, naikkan PTDC1 sampai 45 volt. 0

4. Catat nilai V1, A1, A2, A3 dan n pada saat itu.

5. Turunkan putaran dengan mengatur PTDC1 hingga posisi nol.

(53)

60 7. Pecobaban selesai.

3.12.2 Percobaan Berbeban

Adapun prosedur percobaan tanpa beban adalah sebagai berikut :

1. Rangkaian dibuat seperti pada gambar 3.2 dimana semua switch dalam keadaan terbuka dan PTDC dalam keadaan minimum.

2. Atur besar RL

3. Atur posisi sikat pada posisi -30 menjadi 100 ohm

0

4. Tutup saklar S3

.

5. Tutup saklar S2, naikkan PTDC2 sampai 0.64 amper. 6. Tutup saklar S1, naikkan PTDC1 sampai 45 volt. 7. Catat nilai V1, V2, A1, A2, A3 dan n pada saat itu.

8. Turunkan PTDC2 hingga posisi nol lalu turunkan putaran dengan mengatur PTDC1 hingga posisi nol.

9. Buka saklar S1 dan S2 lalu atur posisi sikat sesuai dengan yang diinginkan. Kemudian ulangi langkah 3, 4, 5 dan 6 hingga diperoleh data tiap posisi sudut yang diinginkan.

(54)

61

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

(55)

62 4.2 Hasil Penelitian

Penelitian dari tanggal 18 sampai tanggal 19 Januari 2013 di Laboratorium Konversi Energi Listrik, diperoleh data pengujian tanpa beban dan berbeban. 4.2.2 Hasil Pengujian Motor DC Seri Tanpa Beban

Pada pengujian tanpa beban, peneliti hanya meneliti motor DC dalam keadaan tanpa beban. Tabel 4.1 menunjukkan hasil pengujian untuk motor DC tanpa beban.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Motor DC Seri Tanpa Beban

V= 45 Volt

Posisi Sudut

( Ampere ) N ( rpm )

-30° 2.32 1200

-20° 2.47 1300

-10° 2.63 1350

0° 3.26 1400

+10° 3.96 2000

+20° 5.11 1900

+30° 6.30 1250

(56)

63 Pada pengujian ini, peneliti hanya meneliti motor DC dalam keadaan berbeban dengan beban �= 100 Ω. Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian untuk motor DC berbeban.

����� = 0.64 Ampere Tahanan Jangkar GA-HB = 3.80 ٠�� = 100 ٠Tahanan Seri E-F = 0.60 ٠V = 45 Volt

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Motor DC Seri Berbeban

Posisi Sudut ( Ampere ) N ( rpm )

-30° 4.82 519

-20° 5.20 500

-10° 5.88 480

0° 6.77 450

+10° 7.90 400

+20° 9.25 350

(57)

64 4.3 Analisa Data

Dari data- data di atas Tabel 4.2, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi tiap posisi sudut.

1. Posisi -30° Ω

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���) �� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 4.82 ( 3.80 – 0.60 ) �� = 45 – 10.99

�� = 34.01 Volt

Besar torsi jangkar dari motor �� = 2����

�� = 234.301.144.51982 �� = 3259163.93.32 �� = 0.05 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 519 x 0.05 ���� = 162.97 watt

(58)

65 ����� = (4.82)² ( 3.80 + 0.60 )

����� = 102.22 watt

��� = ���� + ����� ��� = 162.97 + 102.22 ��� = 265.19 watt

Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat -30° adalah η = ����

��� x 100 %

η = 162.97

265.19 x 100 %

η = 0.61 x 100 % η = 61 %

2. Posisi -20°

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���) �� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 5.20 ( 3.80 + 0.60 ) �� = 45 – 22.88

�� = 22.12 Volt

(59)

66 �� = 222.312.145.50020

�� = 1153140.02 �� = 0.04 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 500 x 0.04 ���� = 125.60 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (5.20)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 118.98 watt

��� = ���� + ����� ��� = 125.60 + 118.98 ��� = 244.58 watt

Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat -20° adalah η = ����

��� x 100 %

η = 125.60

244.58 x 100 %

η = 0.51 x 100 % η = 51 %

(60)

67 Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���) �� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 5.88 ( 3.80 + 0.60 ) �� = 45– 25.87

�� = 19.13 Volt

Besar torsi jangkar dari motor �� = 2����

�� = 219.313.145480.88 �� = 3014112.48,40 �� = 0.04 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 480 x 0.04 ���� = 120.58 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (5.88)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 152.13 watt

(61)

68 Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat -10° adalah η = ����

�� x 100 %

η = 120.58

272.71 x 100 % η = 0.44 x 100 % η = 44 %

4. Posisi 0°

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���)

�� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 6.77 ( 3.80 + 0.60 )

�� = 45 – 29.79

�� = 15.21 Volt

Besar torsi jangkar dari motor �� = 2����

�� = 15

.21�6.77

2�3.14�450

�� = 102 .97

(62)

69 �� = 0.04 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 450 x 0.04 ���� = 113.04 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (6.77)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 201.66 watt

��� = ���� + ����� ��� = 113.04 + 201.66 ��� = 314.70 watt

Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat 0° adalah η = ����

�� x 100 %

η = 113.04

314.7 x 100 % η = 0.35 x 100 % η = 35 %

5. Posisi +10°

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

(63)

70

�� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 7.90 ( 3.80 + 0.60 )

�� = 45 – 34.76

�� = 10.24 Volt

Besar torsi jangkar dari motor �� = 2����

�� = 10 .24

2�3.14�400

�� = 80 .90

2512

�� = 0.03 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 400 x 0.03 ���� = 75.36 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (7.90)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 274.60 watt

(64)

71 Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat +10° adalah η = ����

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���)

�� = �� - �� (��+ ���)

�� = 45 – 9.25 ( 3.80 + 0.60 )

�� = 45 – 40.70

�� = 4.3 Volt

(65)

72 ���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 350 x 0.02 ���� = 43.96 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (9.25)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 376.48 watt

��� = ���� + ����� ��� = 43.96 + 376.48 ��� = 420.44 watt

Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat +20° adalah η = ����

�� x 100 %

η = 42043.96

.44 x 100 % η = 0.10 x 100 % η = 10 %

7. Posisi +30

Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC seri kita tentukan dulu besar GGL adalah sebagai berikut :

�� = �� + �� (��+ ���)

�� = �� - �� (��+ ���)

(66)

73

�� = 45 – 44.53

�� = 0.47 Volt

Besar torsi jangkar dari motor �� = 2����

�� = 0

.47�10.12

2�3.14�300

�� = 4 .76

1884

�� = 0.01 N-m

���� = 2 π N T

���� = 2 x 3.14 x 300 x 0.01 ���� = 18.84 watt

����� = ��² (��+ ���)

����� = (10.12)² ( 3.80 + 0.60 ) ����� = 450.62 watt

��� = ���� + ����� ��� = 18.84 + 450.62 ��� = 469.46 watt

Maka dari hasil diatas didapatkan efisiensi untuk posisi sikat 0° adalah η = ����

(67)

74 η = 46918.84

.46 x 100 % η = 0.04 x 100 % η = 4 %

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap posisi sikat, maka diperoleh efisiensi tertinggi adalah pada posisi -30° dan efisiensi terendah adalah pada posisi +30° seperti pada Tabel 4.3 berikut:

Tabel 4.3 Data Hasil Analisa Pergeseran Sikat pada Motor DC Seri

Posisi Sudut ( Ampere ) N ( rpm ) Efisiensi ( % )

-30° 4.82 519 61

-20° 5.20 500 51

-10° 5.88 480 44

0° 6.77 450 35

+10° 7.90 400 22

+20° 9.25 350 10

+30° 10.12 300 4

(68)

75 Gambar 4.1 Grafik Efisiensi Motor DC seri

Dari gambar grafik diatas terlihat jelas bahwa penurunan efisiensi dari efisiensi tertinggi pada posisi -30° yaitu 61% hingga keefisiensi terendah yaitu posisi +30° yaitu 4%.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisa perhitungan yang telah dilakukan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Arus jangkar adalah arus yang timbul ketika generator dibebani. Arus jangkar akan bertambah seiring dengan bertambahnya beban. Dalam penelitian ini beban yang dipakai adalah 100 Ω sehingga didapat arus jangkar tertinggi berada pada posisi sudut +300 yaitu sebesar 10,12 ampere dan arus jangkar terendah pada posisi sudut -30°.

0

(69)

76 2. Dari hasil analisis diperoleh efisiensi tertinggi sebesar 61 % pada posisi

sudut -300 dan efisiensi terendah sebesar 4 % pada posisi sudut +300. Hal ini disebabkan karena pada sudut -30° arus jangkarnya kecil sehingga rugi-rugi juga kecil yang akan berpengaruh kepada efisiensi.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang bisa diberikan dari hasil tugas akhir ini adalah;

1. Disarankan untuk memperkecil jarak antar posisi sudut sikat agar lebih terlihat perubahan efisiensinya.

2. Disarankan agar mencari hubungan perubahan posisi sikat dengan torsi motor.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sumanto Drs. MA , 1996. Mesin Arus Searah, Penerbit Andi Offset. Yogyakarta

2. Lister, Eugene C. 1986. “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi ke-6, Penerbit Erlangga. Jakarta

3. Djoko, Achayanto. Ir. M.SC. EE. 2001. “ Mesin-mesin Elektrik “. Edisi ke -4, Penerbit Erlangga. Jakarta

4. Yon. Rijono, 2002. “ Dasar Teknik Tenaga Listrik “ .Penerbit Andi Offset. Yogyakarta

(70)

77 6. Ching Fung Elektrik Co.LTD, “ Electrical Machines Laboratory. MGT 80

7. Elgerd, Olle I. 1976. ”Basic Electric Power Engineering”, Addison-Wesley Publishing Company, Florida.

Referensi

Dokumen terkait

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

diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan pada bagian yang berputar (rotor) ditempati oleh rangkaian jangkar seperti kumparan

Pada saat motor arus searah penguatan seri diberi beban maka pada kumparan stator akan mengalir arus jangkar.Dan arus ini akan menimbulkan fluksi jangkar yang

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 DC seri tanpa kutub kutub komutasi sebesar 62,13% sedangkan pada motor. DC seri dengan kutub kutub komutasi sebesar 64,51%.Torsi yang

komutasi yang berpengaruh terhadap efisiensi dan torsi pada motor

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

jangkar (Ia), sehingga pada konduktor kumparan jangkar timbul fluksi magnet.. yang