TUGAS AKHIR
ANALISIS PERBANDINGAN EFISIENSI DAN TORSI MOTOR DC SERI AKIBAT PERGESERAN SIKAT DENGAN MENGGUNAKAN METODE FIELD’S TEST
Diajukan untuk memenuhi persyaratan
menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik
Oleh
Riandi Fuanto
NIM : 110402102
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i ABSTRAK
Motor arus searah adalah sebuah mesin arus searah yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.Pada penggunaannya motor arus searah harus
disesuaikan dengan kebutuhan agar ekonomis dan efisien.Untuk memenuhi semuanya ini,maka diperlukan motor arus searah yang memiliki efisiensi dan torsi
tinggi.Pergeseran sikat dan penambahan kutub kutub komutasi berpengaruh terhadap kinerja dari motor DC.Dengan menggeser posisi sikat dan menambahkan kutub kutub komutasi,maka akan diperoleh efisiensi dan torsi yang lebih baik
sehingga motor DC dapat bekerja dengan lebih baik.Pada tugas akhir ini akan dibahas analisis perbandingan efisiensi dan torsi motor dc seri akibat pergeseran
sikat dengan menggunakan metode field’s test.Berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan,efisiensi yang tertinggi diperoleh pada posisi sikat -300 yaitu pada motor DC seri tanpa kutub kutub komutasi sebesar 62,13% sedangkan pada motor
DC seri dengan kutub kutub komutasi sebesar 64,51%.Torsi yang tertinggi diperoleh pada posisi +300 yaitu pada motor DC seri tanpa kutub kutub komutasi
sebesar 2,54 N-m sedangkan pada motor DC seri dengan kutub kutub komutasi sebesar 2,81 N-m.
ii KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus
Kristus,karena atas berkat dan rahmat-Nya Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan dengan baik.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan
untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul Tugas akhir ini adalah:
“ANALISIS PERBANDINGAN EFISIENSI DAN TORSI MOTOR DC SERI AKIBAT PERGESERAN SIKAT DENGAN MENGGUNAKAN METODE FIELD’S TEST”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu
ayahanda (Simon Sembiring) beserta Ibunda (Enny Tarigan) dan Abang – adik tersayang (Rejan Refanly Sembiring dan Lasya Yolanda Sembiring) yang selalu memberikan semangat dan mendoakan penulis selama studi hingga
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini penulis juga banyak mendapatkan dukungan maupun bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu
penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada :
1. Bapak Ir.Raja Harahap,M.T. selaku dosen pembimbing Tugas
iii 2. Bapak Ir. Eddy Warman,M.T. selaku dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas
Akhir ini dan telah memberikan pengarahan kepada penulis selama perkuliahan hingga penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Bapak Ir.Syamsul Amien,M.S. selaku dosen penguji Tugas Akhir
yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.si. selaku Ketua Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan bimbingan,nasehat dan motivasi kepada
penulis selama menjalani perkuliahan.
5. Ibu Naemah Mubarakah,S.T.,M.T. selaku dosen Wali yang selalu
memberikan arahan,bimbingan dan nasihat selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara.
6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pengalaman hidup yang berharga selama masa perkuliahan kepada penulis.
7. Bang Marthin,Kak Ester,Kak Umi,Pak Ponijan dan Bang Dipo, selaku staf pegawai Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,
Universitas Sumatera Utara yang telah membantu penulis dalam pengurusan administrasi.
8. Sahabat Kerja Praktek Dedywidya Sitindaon,Sandro Levi
iv Hutauruk yang telah memberikan motivasi dan semangat selama perkuliahan,kerja praktek hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Seluruh pengurus Ikatan Mahasiswa Teknik Elektro periode 2014/2015 stambuk 2011 Riko Jogi Petrus Pasaribu,Wahyudi Syahputra,Hajijah afni,Seprianti,James Napitupulu (Jimbo),Emir
Lutfi Pahlevi,Rizky Wira Handalan,Risjen sianturi,Ferro Hudson,Samgar Siahaan,Tidauccy Samuel,Faisal Hasibuan,Bill
Immanuel Tarigan,Yosef Tarigan,Fernando EP,Yoshua Bangun, Canboy dan Biondi Laurens.
10. Rekan - rekan Asisten Laboratorium Dasar Konversi Aspar
nasution serta Muhammad zein yang telah membantu penulis dalam mengambil data yang berkaitan dengan Tugas akhir penulis,
Asisten Teknik Tegangan Tinggi Josiah Suatan,Memory Hidyart, Asisten Laboratorium Transmisi dan Distribusi Andreas VHS,Ann Alberth Sitorus(ciputo),M.Fikri,Sakinah,Syahlan Hutagaol dan
frederik Serta tidak ketinggalan Asisten Laboratorium Komputer Frans M silaban dan Mian sianturi.
11. Anak Kos Terompet 28 Tony Putra L.Tobing yang telah
memberikan nasehat nya yang bijak kepada penulis dikala malam hari,Ari frahma ginting,freddy sinaga(Denago),Nuel dan Goster.
12. Agustina Angelina Sinaga Uruk,seorang teman,sahabat dan penyemangat yang istimewa. Terima kasih atas semua bantuan, Motivasi,Doa dan dukungannya selama ini kepada penulis dalam
v 13.Teman SMA ku Deny Frans Sihotang,Frandy Manurung,Dandy Sitompul,Bayu aditya sinuraya,Minta tio Hari yang telah
memberikan nasehat dan dukungan kepada penulis.
14.Teman Sastra China, Widy Tobing (dek wede),Mey
Elizabeth,Nerly Catherine, kedua itokku Febrina Tampubolon dan
Sanny Tung.
15.Seluruh teman-teman stambuk 2011 yang tidak bisa saya sebutkan
satu persatu yang sudah memberikan pelajaran hidup,cerita,canda dan ilmu selama penulis menjalani perkuliahan di Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna oleh karena itu
penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari pembaca yang dapat membuat Tugas Akhir ini lebih baik lagi.Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna dan bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Januari 2016
Riandi Fuanto
NIM: 110402102
vi DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... x
DAFTAR TABEL ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1Latar Belakang ... 1
1.2Perumusan Masalah ... 2
1.3Tujuan ... 2
1.4Batasan Masalah ... 3
1.5Manfaat ... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1Motor Arus Searah ... 5
2.2Konstruksi Motor Arus Searah ... 6
2.3Prinsip Kerja Motor Arus Searah ... 12
2.4Permasalahan dengan Komutasi Pada Mesin Arus Searah ... 16
2.4.1 Reaksi Jangkar ... 16
2.4.2 Tegangan L.di/dt ... 19
2.4.3 Mengatasi Masalah Komutasi ... 20
vii
2.4.3.2 Kutub Kutub Komutasi ... 22
2.4.3.3 Belitan Kompensasi ... 23
2.5 Jenis Jenis Motor Arus Searah ... 23
2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas ... 24
2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri ... 24
2.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Shunt ... 24
2.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Seri ... 25
2.5.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 26
2.5.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek ... 26
2.5.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang ... 26
2.6 Karakteristik Motor DC Seri ... 27
2.6.1 Karakteristik Torsi Terhadap Arus Jangkar ... 27
2.6.2 Karakteristik Putaran Terhadap Arus Jangkar ... 28
2.6.3 Karakteristik Putaran Terhadap Torsi ... 28
2.7 Rugi Rugi Motor Arus Searah ... 29
2.7.1 Rugi Rugi Tembaga (Copper Loss) ... 30
2.7.2 Rugi Rugi Inti (Core or Iron Losses) ... 31
viii
2.7.4 Rugi Rugi Beban Stray (Stray Load Losses) ... 33
2.8 Torsi Motor Arus Searah ... 34
2.8.1 Torsi Jangkar ... 35
2.8.2 Torsi Poros ... 36
2.9 Efisiensi Pada Mesin Arus Searah ... 36
2.10 Metode Field’s Test ... 37
2.11 Prinsip Penyearahan Tegangan Listrik Mesin DC(Komutasi) ... 39
BAB 3 METODE PENELITIAN... 44
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 44
3.2 Bahan dan Peralatan ... 44
3.3 Variabel yang diamati ... 44
3.4 Prosedur Penelitian ... 45
3.4.1 Tahap Persiapan ... 45
3.4.2 Tahap Pengambilan Data ... 45
3.4.3 Rangkaian Percobaan Pergeseran Sikat Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi Kondisi Berbeban Metode Field’s Test ... 46
ix
3.5 Prosedur Pengujian ... 47
3.5.1 Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi Kondisi Berbeban Metode Field’s Test ... 47
3.5.2 Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri dengan Kutub Komutasi Kondisi Berbeban Metode Field’s Test ... 48
BAB 4 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 49
4.1 Umum ... 49
4.2 Data Pengujian ... 50
4.3 Analisa Data ... 51
4.3.1 Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi ... 51
4.3.2 Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri dengan Kutub Komutasi ... 53
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 58
5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 58
x DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator...6
Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor...7
Gambar 2.3 Konstruksi Kutub dan Penempatannya...8
Gambar 2.4 Sikat Pada Motor DC...9
Gambar 2.5 Inti Jangkar yang Berlapis lapis...10
Gambar 2.6 Komutator...11
Gambar 2.7 Pengaruh Penempatan Konduktor yang Dialiri Arus Listrik Dalam Medan Magnet...12
Gambar 2.8 Kaidah tangan kanan...12
Gambar 2.9 Prinsip perputaran motor arus searah...14
Gambar 2.10 Aturan tangan kiri untuk prinsip kerja motor DC...15
Gambar 2.11 Fluksi Yang Dihasilkan Oleh Kumparan Medan...17
Gambar 2.12 Fluksi Yang Dihasilkan Oleh Kumparan Jangkar...18
Gambar 2.13 Hasil Kombinasi Antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar...18
Gambar 2.14 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral...21
Gambar 2.15 Pergeseran garis netral akibat reaksi jangkar...22
Gambar 2.16 Kutub magnet utama dan kutub bantu...23
Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan bebas...24
Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan shunt...24
Gambar 2.19 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan seri...25
Gambar 2.20 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan kompon pendek...26
Gambar 2.21 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan kompon panjang...26
Gambar 2.22 Karakteristik Torsi terhadap arus jangkar motor dc penguatan seri...27
Gambar 2.23 Karakteristik putaran terhadap arus jangkar motor dc penguatan seri...28
Gambar 2.24 Karakteristik putaran terhadap torsi motor dc penguatan seri...29
Gambar 2.25 Diagram aliran daya pada motor arus searah...30
Gambar 2.26 Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub...31
xi
(b)Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi...32
Gambar 2.28 Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya...35
Gambar 2.29 Rangkaian field’s test untuk motor arus searah berpenguatan seri..38
Gambar 2.30Mesin arus searah sederhana dengan satu belitan rotor tunggal...40
Gambar 2.31Bentuk gelombang tegangan induksi pada belitan rotor...41
Gambar 2.32Proses penyearahan tegangan (komutasi)...41
Gambar 2.33Tegangan mesin arus searah hasil komutasi...43
Gambar 2.34Arus searah mesin arus searah...43
Gambar 3.1 Rangkaian percobaan Pergeseran Sikat Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi...46
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan Pergeseran Sikat Motor DC Seri Dengan Kutub Komutasi...47
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Efisiensi Motor DC Seri Tanpa Kutub komutasi terhadap Motor DC Seri Dengan Kutub komutasi...57
xii DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri
Tanpa Kutub Komutasi...50 Tabel 4.2 Data Pengujian Pergeseran Sikat Motor DC Seri
Dengan Kutub Komutasi...51 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Efisiensi Dan Torsi Pergeseran Sikat
Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi...53 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Dan Torsi Pergeseran Sikat
Motor DC Seri Dengan Kutub Komutasi...55
Tabel 4.5 Perbandingan Efisiensi Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi
Dengan Motor DC Seri Dengan Kutub komutasi ...56
Tabel 4.6 Perbandingan Torsi Motor DC Seri Tanpa Kutub Komutasi
