I. Tujuan
a. Dapat mengoperasikan motor DC shunt dengan baik b. Dapat mengetahui karakteristik motor DC shunt antara
putaran dengan tegangan
c. Dapat mengetahui karakteristik motor DC shunt antara torsi jangkar dan arus jangkar
d. Dapat mengetahui karakteristik Motor DC Shunt antara putaran dan arus jangkar
II. Dasar Teori
Karakteristik pada motor DC dapat dicari dengan cara mencari hubungan antara kopel armature dengan arus armature,armature dengan kecepatan putar, dan antara kecepatan putar dengan kopel armature.
Karakteristik Motor DC
Karakteristik yang dimiliki suatu motor DC dapat digambarkan melalui kurva daya dan kurva torsi/kecepatannya, dari kurva tersebut dapat dianalisa batasan-batasan kerja dari motor serta daerah kerja optimum dari motor tersebut.
Dari grafik diatas terlihat hubungan antara torsi dan kecepatan untuk suatu motor dc tertentu. dari grafik terlihat bahwa torsi berbanding terbalik dengan kecepatan putaran, dengan kata lain terdapat tradeoff antara besar torsi yang dihasilkan motor dengan kecepatan putaran motor. Dua karakteristik penting terlihat dari grafik yaitu:
a. Stall torque,(), menunjukkan titik pada grafik dimana torsi maksimum ,tetapi tidak ada putaran pada motor.
b. No load speed,,menunjukkan titik pada grafik dimana terjadi kecepatan putaran maksimum,tetapi tidak ada beban pada motor
Analisa terhadap grafik dilakukan dengan menghubungkan kedua titik tersebut dengan sebuah garis, dimana persamaan garis tersebut dapat ditulis didalam fungsi torsi atau kecepatan sudut
Dengan mensubstitusikan persamaan (torsi dan kecepatan) kedalam persamaan (daya) diperoleh:
Dari kedua persamaan tersebut dapat dilihat bahwa daya output maksimum terjadi saat dan Dari persamaan (daya) terlihat bahwa daya merupakan perkalian antara torsi dan kecepatan sudut,dimana didalam grafik ditunjukkan oleh luas daerah segiempat dibawah kurvatorsi/kecepatan.
Grafik di bawah ini merupakan karakteristik ideal dari sebuah motor shunt
Gambar. Vf terhadap putaran
Gambar. Karaktersistik Arus Jangkar terhadap Putaran
III. Alat yang digunakan 1. Motor
2. Generator
3. Auto Trafo 1 buah
4. Modul Dioda Penyearah 1 buah
5. Amperemeter 4 buah
6. Voltmeter 2 buah
7. Reostat 1 buah
8. Tachometer 1 buah
9. Resistor Bank
IV. Gambar Rangkaian
E1 A1 A1 E1 R L1 S L2 T L3 E2 B1 A2 B1 A2 E2 A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 G
1
V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 M1
V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1B2 B1
- +
V. Prosedur Percobaan
a. Percobaan I (Motor tanpa beban)
1. Buat rangkaian yang akan diuji cobakan pada kertas sebagai petunjuk kerja
2. Membuat tabel pengamatan
3. Menyiapkan perlatan untuk praktikum
4. Membuat rangkaian seperti pada gambar rangkaian 5. Mengatur setting batas ukur pada amperemeter dan
voltmeter dan mengatur alat ukur ke posisi DC 6. Memberikan tegangan dan arus dari autotrafo
7. Catat nilai yang tertera pada A1, A2, dan V1 pada table pengamatan.
b. Percobaan II (M otor Berbeban)
1. Buat rangkaian yang akan diuji cobakan pada kertas sebagai petunjuk kerja
2. Membuat tabel pengamatan
3. Menyiapkan peralatan untuk praktikum
4. Membuat rangkaian seperti pada gambar rangkaian 5. Menyambungkan beban ke generator
6. Mengatur setting batas ukur pada amperemeter dan voltmeter dan mengatur alat ukur ke posisi DC
7. Memberikan tegangan dan arus dari autotrafo
8. Mengatur beban mulai dari beban 1 sampai beban 6
9. Catat nilai yang tertera pada A1, A2,A3,A4, V1 dan V2.
VI. Data Percobaan
A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A v A A 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 V A A a a s s s V a q a a a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Batas ukur alat-lat yang digunakan pada saat percobaan Batas ukur A1 = 24 A ± 1 % Batas ukur A2 = 1.2 A ± 1 % Batas ukur A3 = 1.2 A ± 1 % Batas ukur A4 = 24 A ± 1 % Batas ukur V1 = 450 V ± 1 % Batas ukur V2 = 450 V ± 1 %
Percobaan ke 1
V1 (V) V2 (V) A1 (A) A2 (A) N (rpm) 0 0 0 0 0 40 6 1.6 0.075 861.1 80 9 1.4 0.15 1171 120 10.5 1.2 0.215 1354 160 12.0 1.2 0.27 1555 200 13.5 1.2 0.33 1793 240 15 1.4 0.395 2076 280 16.5 1.4 0.453 2320 320 18 1.6 0.52 2588 360 19.2 1.8 0.58 2860 400 24 1.8 0.63 3142Percobaan ke 2
Beban V1(V) V2(V) A1(A) A2(A) (A)A3 A4(A) (rpm)N
0 400 220 1.9 0.54 0.47 0 3203 1 400 220 4.8 0.535 0.56 5 3162 2 400 220 7.5 0.525 0.67 9.2 3090 3 400 220 8.4 0.520 0.78 13.2 3055 4 400 220 11.2 0.520 0.79 14 3038 5 400 220 14.2 0.520 0.91 18.2 3005 6 400 192 17.5 0.510 0.8 24 2959 • Beban 1 = 0.99 KW • Beban 2 = 1.98 KW • Beban 3 = 3 KW • Beban 4 = 3.99 KW
• Beban 5 = 4.98 KW • Beban 6 = 6 KW
VII. Pengolahan Data Percobaan ke-2
Mencari torsi jangkar dari motor tersebut
a. Pada beban 0 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (1.9 – 0.54) 1.6 = 397.824 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 397.824*1.36 2*3.14*3203/60 = 1.61 N.m b. Pada beban 1 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (4.8 – 0.535) 1.6 = 393.176 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 393.176 *4.265 2*3.14*3162/60 = 5.07 N.m
c. Pada beban 2 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (7.5 – 0.525) 1.6 = 388.84 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 388.84 *6.975 2*3.14*3090/60 = 8.39 N.m d. Pada beban 3 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (8.4 – 0.520) 1.6 = 387.39 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 387.39 *7.88 2*3.14*3055/60 = 9.55 N.m e. Pada beban 4 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (11.2 – 0.520) 1.6 = 382.91 Volt Ta = Pa 2πN/60
= Ea * Ia 2πN/60 = 382.91 *10.68 2*3.14*3038/60 = 12.86 N.m f. Pada beban 5 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (14.2 – 0.520) 1.6 = 378.112 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 382.91 *13.68 2*3.14*3005/60 = 16.65 N.m g. Pada beban 6 Ea = V1 – Ia.Ra = 400 – (I A1 – I A2)Ra = 400 – (17.5 – 0.510) 1.6 = 372.816 Volt Ta = Pa 2πN/60 = Ea * Ia 2πN/60 = 372.816 *16.99 2*3.14*2959/60 = 17.98 N.m
1. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή =Pout/Pin*100% = 400 * 1.9 = 397.824 * 1.36 = 541.04/760 * 100% = 760 watt = 541.04 watt = 71.189 % 2. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 % = 400 * 4.8 = 393.176 * 4.265 = 1676.89 /1920 * 100% = 1920 watt = 1676.89 watt = 87.34 % 3. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 % = 400 * 7.5 = 388.84 * 6.975 = 2709.09 /3000 * 100% = 3000 watt = 2709.09 watt = 90.03 % 4. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 % = 400 * 8.4 = 387.39 * 7.88 = 3052.63 /3360 * 100% = 3360 watt = 3052.63 watt = 90.09 % 5. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 % = 400 * 11.2 = 382.91 * 10.68 = 4089.48 /4480 * 100% = 4480 watt = 4089.48 watt = 91.28 % 6. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 %
= 400 * 14.2 = 378.112 * 13.68 = 5172.57 /5680 * 100%
= 5680 watt = 5172.57 watt = 91.07 %
7. P in = V1 * I 1 P out = Ea *Ia ή = Pout/Pin *100 % = 400 * 17.5 = 372.816 * 16.99 = 6334.14 / 7000 * 100% = 7000 watt = 6334.14 watt = 90.49 % TABEL Percobaan I V1 N (rpm) 0 0 40 861.1 80 1171 120 1354 160 1555 200 1793 240 2076 280 2320 320 2588 360 2860 400 3142 TABEL Percobaan II Ta
(N.m) Ia (A) If (A) Beban (KW) Putaran (rpm) ή (%) Pout(Wa tt) 1.61 1.36 0.54 0 3203 71.189 541.04 5.07 4.265 0.535 0.99 3162 87.34 1676.89 8.39 6.975 0.525 1.98 3090 90.03 2709.09 9.55 7.88 0.520 3 3055 90.09 3052.63 12.86 10.68 0.520 3.99 3038 91.28 4089.48 16.65 13.68 0.520 4.98 3005 91.07 5172.57 17.98 16.99 0.510 6 2959 90.49 6334.14
Pada percabaan kali ini, kita semua mencari karakteristik dari motor shunt. Karakteristik tersebut menunujukan performance dari motor yang kami gunakan, pertama yang kami lakukan adalah mencari karakteristik motor pada beban nol, dan di dapat grafik seperti gambar di bawah ini
Karakteristik motor tanpa beban
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 V (volt) n ( rp m )
Garfik di atas menjelaskan tentang hubungan antara kecepatan poros motor dengan tegangan yang masuk motor, dari grafik dapat dilihat bahwa kecepatan motor bergantung kepada tegangan motor yang masuk dan kecepatan tersebut berbanding lurus dengan tegangan yang masuk motor artinya jika tegangan yang masuk motor motor naik maka putaran motornya juga akan bertambah cepat. Sedangkan pada tegangan nominal didapat nilai putaran sebesar 3142 rpm.
Sedangkan pada percobaan ke-2 adalah dengan cara menggunakan beban pada generator, ini di tunujkan untuk mencari berbagai karakteristik dari motor tersebut.
Karakteristik pada motor beerbeban salah satunya adalah karakteristik putaran (rpm) terhadap torsi jangkar (N.m), ini dapat dilihat dibawah ini
Karakteristik motor putaran terhadap torsi 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 3250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Torsi (N.m) n ( rp m )
Karakteristik pada motor di atas menunjukan karakteristik dari motor yang digunakan semakin besar torsi jangkarnya maka sekin kecil putarannya, dan sebaliknya. Karakteristik itu didapat dengan mengubah-ubah beban pada resistor bank, semakin besar torsi jangkarnya semakin besar pula besarnya bebannya. Sedangkan apabila dibandingkan dengan grafik karakteristik ini dengan secara teori maka terjadi sedikit perbedaan, ini dapat dilihat jika secara teori garis pada grafik antara putaran dengan torsi apabila secara teori penurunan garisnya tidak terlalu curam, sedangkan secara praktikum dapat dilihat pada torsi maksimum penurunan garisnya sangat tajam dan curam, ini disebabkan motor di karenakan motor diberi arus melebihi arus nominal dann beban yang melampaui beban motor nominal, sehingga mempengaruhi performance motor tersebut.
Karakteristik pada motor shunt selanjutnya adalah karakteristik hubungan antara arus jangkar dengan torsi jangkar, karakteristiknya dapat dilihat dibawah ini
Karakterisktik motor shunt arus jangkar vs Torsi jangkar
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Ia (A) T ( N .m )Dari pengamatan grafik di atas dapat dilihat bahwa torsi jangkar pada motor tersebut berbanding lurus dengan arus jangkar pada motor tersebut, semakin besar torsi motor tersebut maka semakin besar arus jangkar yang dibutuhkan.. pada grafik dapat dilihat pada awalnya garis grafiknya bebentuk garis lurus yang menyatakan hubungan antara torsi jangkar dengan arus jangkarnya, akan tetapi pada akhir garis grafik tersebut ,arah garis grafiknya sedikit membelot, ini dikarenakan motor tersebut diberi beban melebihi beban nominalnya yakni 6 KW sedangkan motor yang kita gunakan mempunyai beban nominal sebesar 5.5 KW, hal ini yang mempengaruhi grafik tersebut.
Selanjutnya karakteristik motor shunt berbeban dengan melihat dari perbandingan antara arus jangkar dengan putaran pada poros, dapat dilihat dibawah ini
Karakteristik motor shunt Arus jangkar Vs Putaran
2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 3250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Ia (A) n ( rp m )
Pada grafik di atas dapat dilihat karakteristik dari motor shunt berdasarkan arus jangkar dengan putaran pada poros dari motor tersebut, dari grafik tersebut dapat diterjemahkan bahwa semakin besar beban pada motor maka semakin besar arus jangkar yang diperlukan serta semakin berkurangnya kecepatan dari motor tersebut.
Sedangkan karakteristik motor shunt berbeban yang berkaitan dengan daya keluaran motor dengan efisiensinya dapat dilihat dari gambar dibawah ini:
Karakteristik Motor Shunt Daya Keluar Terhadap Efisiensi
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Pout (Watt) E fi s ie n s i (% )
Dari grafik di atas dapat diterjemahkan bahwa semakin besar Pout nya maka efisiensi motor juga semakin besar.hal ini menunjkan besarnya beban mempengaruhi efisiensi dari motor tersebut, efisiensi semakin besar apabila beban pada pada motor mencapai nilia nominalnya, sedangkan apabila beban pada motor kurang atau melebihi bban nominal motor maka efisiensi akan menurun.
IX. Kesimpulan
1. Pada beban nol, besarnya tegangan yang masuk motor berbanding lurus dengan kecepatan pada motor.
2. Pada motor berbeban, kecepatan pada motor berbanding terbalik dengan besarnya torsi jangkar pada motor tersebut.
3. Pada motor berbeban, besarnya torsi jangkar pada motor berbanding lurus dengan arus di jangkar
4. Pada motor berbeban, semakin tinggi putaran pada motor maka semakin kecil arus jangkar yang diperlukan
5. Pada motor berbeban, semakin besar beban mendekati nilai nominal beban pada motor maka semakin tinggi efisiensi pada motor tersebut.
X. Daftar Pustaka
Mudawari, Achmad. . 2004 .Petunjuk Praktikum Pengendalian Mesin Listrik I; Bandung. Politeknik Negeri Bandung
Rijono,Yon. Dasar Teknik Tenaga Listrik. 1997 ; Jakarta. ANDI Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya ; Jakarta.PT. Gramedia Pustaka Utama
