BAB I PENDAHULUAN
I.1. Umum
Mesin arus searah ialah mesin elektrik yang digerakkan oleh arus searah atau yang menghasilkan tegangan searah. Pengaturan putarannya mudah dan dapat diatur dalam daerah yang sangat lebar. Generator arus searah bekerja berdasarkan prinsip hukum Faraday, sedangkan arah gaya yang menimbulkan kopel pada arus searah berdasarkan kaidah tangan kiri Fleming. Dengan melihat hubungan kumparan medan terhadap jangkar maka mesin arus searah (MAS) dapat dibagi :
1. MAS berpenguatan Bebas 2. MAS berpenguatan Shunt 3. MAS berpenguatan Seri 4. MAS berpenguatan Kompon
Untuk mesin arus searah berlaku suatu persamaan umum : V = E ± Ia.Ra dimana : E = c.n.φ
Keterangan : Tanda + : Menunjukkan MAS sebagai Motor Tanda - : Menunjukkan MAS sebagai Generator
C : Konstanta Ia : Arus jangkar φ : Fluksi n : Putaran permenit V : Tegangan Ra : Tahanan jangkar I.1.1. Motor Arus Searah
Motor arus searah ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah (DC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor.
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 1.1 Motor Arus Searah
Pada motor arus searah kopel yang dibangkitkan : T = k.φ .Ia ; k = konstan
I.1.2. Generator Arus Searah
Generator arus searah ialah suatu mesin pengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik arus searah. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 1.2 Generator Arus Searah
I.2. Konstruksi Fisik Mesin Arus Searah
Gambar 1.3 Bagian-bagian Mesin Arus Searah
E↑ > + -Ia Sumber arus searah n Kumparan medan If ↑ E↑ > + -Ia Sumber penggerak Kumparan medan If ↑ V 3 4 6 5 1 U S 2
Keterangan gambar : 1. Badan Generator
2. Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet 3. Sikat-sikat
4. Komutator 5. Jangkar
6. Belitan jangkar I.3. Belitan Jangkar
I.3.1. Pengertian Belitan Jangkar
Belitan jangkar merupakan bagian yang terpenting pada mesin arus searah. Pada generator arus searah belitan jangkar merupakan tempat terjadinya GGL. Sedangkan pada motor arus searah berfungsi untuk tempat timbulnya torsi.
Pada sebuah kumparan jangkar terdapat beberapa belitan. Andaikata banyaknya kawat tiap sisi kumparan dinyatakan dengan Zs, banyaknya sisi kumparan pada jangkar S, maka banyaknya kawat pada jangkar tersebut adalah: Z = S.Zs
Biasanya tiap-tiap kutub mempunyai 8 sampai 18 alur. Karena kumparan diinginkan banyak sedang jumlah alur sudah tertentu, maka kumparan-kumparan diletakkan di dalam alur secara berlapis. Di dalam tiap lapis diisi 1-3 sisi kumparan. Jumlah sisi kumparan tiap lapis dinyatakan dengan U.
Gambar 1.4 (a) Belitan Single Layer (b) Belitan Double Layer
3 (a) (b) U=1 U=1 U=2 U=2 U=3 U=3
Andaikata jumlah sisi kumparan tiap-tiap lapis dinyatakan dengan U, jumlah alur dinyatakan dengan G, maka:
S = 2.U.G untuk belitan Double Layer I.3.2. Jenis-jenis belitan Jangkar
Pada dasarnya ada dua macam belitan jangkar, yaitu belitan gelung (lap winding) dan belitan gelombang (wave winding). Perbedaan antara kedua belitan ini terletak pada penyambungan ujung kumparan pada komutator.
Belitan gelung terbagi dua yaitu belitan gelung tunggal (simplex lap winding) dan belitan gelung majemuk (multiplex lap winding). Begitu juga dengan belitan gelombang terbagi dua lagi yaitu belitan gelombang tunggal (simplex wave winding) dan belitan gelombang majemuk (multiplex wave winding).
Selain kedua macam belitan tersebut ada konstruksi lain yang merupakan kombinasi kedua belitan tersebut di atas, yaitu belitan kaki katak (frog leg winding).
Pada belitan gelung tunggal, ujung-ujung kumparan disambung pada segment komutator yang berdekatan. Pada belitan gelombang tunggal ujung-ujung kumparan dihubungkan pada segment komutator dengan jarak mendekati 360° listrik.
Gambar 1.5 (a) Belitan Gelung (b) Belitan Gelombang
sisi-sisi
kumparan kumparansisi-sisi
alur ujung kumparan ujung kumparan ujung kumparan ujung kumparan mendekati 360o listrik (a) (b)
Gambar 1.6 Belitan Kaki Katak
I.4. Reaksi Jangkar
1.4.1. Pengertian Reaksi Jangkar
Reaksi jangkar adalah pengaruh yang ditimbulkan medan jangkar terhadap medan utama.
Bila generator berbeban, arus ini pada lilitan jangkar membangkitkan suatu gaya gerak magnet (GGM) yang disebut medan jangkar. Medan jangkar ini terletak tegak lurus terhadap medan utama, karena itu disebut juga medan lintang.
Pada generator arus searah, seperti terlihat pada gambar 1.7 medan utama di sebelah kiri kutub U dilemahkan oleh sebagian medan lintang dan disebelah kanan diperkuat. Pada kutub S medan utama disebelah kanan dilemahkan dan di sebelah kiri diperkuat oleh sebagian medan lintang.
Gambar 1.7 Medan Lintang Generator Arus Searah
5 U S U S A’ A B B ’
Gambar 1.8 Medan Paduan Generator
I.4.2. Pengaruh Reaksi Jangkar
Karena medan utama dan medan jangkar timbul bersama-sama, maka akan menyebabkan perubahan arah medan utama seperti terlihat pada gambar 1.7 Garis netral A′ B′ tegak lurus dengan medan paduan, berkisar sebesar sudut α dari garis netral teoritis. Pada generator pergeseran ini mengikuti arah putaran.
Bila diperhatikan kawat-kawat yang terletak pada garis netral AB, diwaktu jangkar berputar, maka kawat-kawat yang sampai di tempat ini tidak memotong suatu garis gaya. Akan tetapi sudah terjadi reaksi jangkar garis netral bergeser letaknya, kawat-kawat yang melampaui garis netral AB sekarang memotong garis gaya.
I.4.3. Mengatasi Pengaruh Reaksi Jangkar
Pengaruh reaksi jangkar yaitu berpindahnya garis netral yang mengakibatkan kecenderungan timbul bunga api pada saat komutasi. Untuk itu generator DC dirancang sedemikian rupa sehingga penyebab reaksi jangkar dilawan dengan suatu medan, dengan besar dan arah yang tepat.
Untuk ini pada generator arus searah dapat dilakukan dengan dua cara : a. Kutub Bantu
Kutub bantu adalah kutub kecil yang terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan selatan, di tengah-tengah garis netral teoritis. Belitan penguat kutub ini dihubungkan seri dengan belitan jangkar, hal ini disebabkan karena medan lintang tergantung pada arus jangkarnya. Selain cara itu untuk mengatasi pengaruh medan lintang ini pada generator DC dilengkapi dengan kumparan yang terdiri dari sekumpulan penghantar yang diletakkan di dalam alur pada permukaan kutub utama sehingga dengan demikian akan menimbulkan medan lintang yang langsung melawan medan arus jangkar. Belitan ini disebut dengan Belitan Kompensasi. Belitan kompensasi dihubungkan seri dengan belitan jangkar.
I.5. Komutasi
Komutasi adalah saat dimana terjadi pergantian arah arus pada harga positif ke negatif pada suatu kumparan yang menghasilkannya. Peristiwa ini akan terjadi bila kumparan melewati garis netral pada waktu kumparan-kumparan tersebut bergerak dari daerah antara permukaan kutub U ke kutub S atau sebaliknya. Pada gambar 1.8 dapat dilihat pergantian arah arus dari suatu kumparan.
Gambar 1.9 Kumparan Komutasi
Bila pergantian arus selama waktu komutasi, waktu hubung singkat, tidak uniform dikatakan komutasi lebih atau komutasi kurang. Pada gambar 1.9 diperlihatkan bahwa komutasi tidak berjalan sepanjang kurva yang lurus. Arus pada belitan hubung singkat sesungguhnya sangat tidak teratur.
Pada komutasi kurang, pergantian arus sangat perlahan selama periode hubung singkat, kemudian untuk mengejar ketinggalan waktu arus menjadi sangat besar
7 21 ▼ ▼ ▲ ▼ 21 ▼ ▼ ▲ ▼ ▼ ▼ 21 ▼ ▼ ▼ Komutasi kurang Komutasi ideal Komutasi lebih -Ia +Ia
sampai mendekati komutasi lengkap. Arus sangat tinggi yang timbul di bawah ujung-ujung sikat menimbulkan panas setempat. Pada komutasi lebih yang merupakan suatu keadaan komutasi yang dipercepat, pergantian arus sedemikian cepat pada tingkat awal.
Gambar 1.10 Kurva Arus dan Waktu untuk 3 Keadaan Komutasi
I.6. Perbandingan Kerja Generator dan Motor Arus Searah Generator
Mesin DC yang berfungsi sebagai generator memerlukan prime mover untuk memutar jangkar, karena belitan jangkar diputar dalam medan magnet, maka pada belitan itu akan menimbulkan induksi. Ea = c.n.φ (volt).
Gambar 1.11 Skema Generator DC
Tegangan induksi ini harus mampu mengatasi drop tegangan karena tahanan jangkar untuk menjadi tegangan terminal (Vt). Jadi skematik dapat dilihat pada gambar di atas, untuk generator DC penguat shunt. Ea = Vt + Ia.Ra
Motor
Ia
Mesin DC berfungsi sebagai motor memerlukan sumber tegangan yang dicatu ke sumber DC akan mengalirkan arus kepada belitan jangkar, berada dalam medan magnet maka pada belitan itu akan timbul gaya.
Gambar 1.12 Skema Motor DC
BAB II
9 Ia
MOTOR ARUS SEARAH
II.1. Pengertian Motor Arus Searah
Motor arus searah ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah (DC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor.
I.2. Prinsip Kerja Motor Arus Searah
Kalau sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (U – S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat itu.
Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan Kaidah Tangan Kiri yang berbunyi “ Apabila tangan kiri terbuka diletakkan antara kutub U dan S, sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus di dalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari ”.
Gambar 2.1 Kaidah Tangan Kiri
Besarnya gaya tersebut adalah :
F = B.I.L newton
Dimana: B = Kerapatan fluks magnet (wb) I = Kuat arus listrik (amp)
L = Panjang kawat penghantar (meter) II.3. Torsi Jangkar dari Motor Arus Searah
G A Y A GR. GAYA ARUS U S
Jika jangkar sebuah generator oleh sebuah penggerak mula, dalam generator dihasilkan kopel yang melawan aksi penggerak mula tersebut. Kopel lawan ini dapat dianggap sebagai aksi motor dalam generator. Aksi generator dihasilkan dalam setiap motor apabila konduktor memotong garis gaya, jika dikonduksikan ggl dalam konduktor itu, maka arah ggl sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleaming untuk aksi generator.
Gambar 2.2 Kaidah Tangan Kanan
II.4. Gaya Gerak Listrik Lawan
GGL lawan pada motor DC adalah GGL yang terjadi pada jangkar motor DC (pada waktu motor berputar), yang disebabkan karena jangkar tersebut berputar dalam medan magnet. Arah GGL lawan menentang arah GGL sumber, sehingga pada waktu motor beroperasi arus jangkarnya menjadi :
Ra E V Ia= −
dimana : V = Tegangan sumber (volt) E = GGL lawan (volt) Ra = Tahanan jangkar (ohm) Besarnya GGL lawan adalah :
m Z n a P E x x φ 60 x = 11 U Arah arus tegangan sumber Arah arus GGL lawan Arah gerakan F = gerak I = GGL φ = Medan magnet U S
Gambar 2.3 Proses Timbulnya GGL Lawan
Proses terjadinya GGL lawan adalah sebagai berikut :
1. Kumparan jangkar (terletak di antara kutub-kutub magnet) diberi sumber DC.
2. Pada kumparan-kumparan jangkar timbul torsi, sehingga jangkar berputar (arahnya sesuai dengan kaidah tangan kiri).
3. Dalam hal ini jangkar berputar dalam medan magnet sehingga timbul GGL (arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan).
4. Arah GGL induksi tersebut berlawanan dengan arah GGL sumber sehingga disebut GGL lawan.
II.5. Jenis-jenis Motor Arus Searah
Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor DC dapat dibedakan atas : Motor DC penguat terpisah, bila arus penguat magnet diperoleh dari sumber
DC diluar motor.
Motor DC dengan penguat sendiri, bila arus penguat magnet berasal dari motor itu sendiri.
Berdasarkan hubungan belitan penguat magnet terhadap belitan jangkar motor DC dengan penguat sendiri dapat dibedakan atas :
Motor Shunt Motor Seri
Motor Kompon panjang dan Kompon pendek
Motor shunt mempunyai kecepatan yang hampir konstan. Pada tegangan konstan, motor shunt mempunyai putaran hampir konstan walaupun terjadi perubahan beban. Perubahan kecepatan hanya sekitar 10 %.
Motor seri dapat memberi momen yang besar pada waktu start dengan arus start yang rendah. Juga dapat memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus yang kecil dibandingkan dengan motor tipe lain, tetapi kecepatan menjadi besar bila beban rendah atau tanpa beban dan hal ini sangat berbahaya.
Motor kompon mempunyai sifat antara motor seri dan motor shunt, tergantung mana yang kuat belitannya. Umumnya mempunyai momen start yang besar. Perubahan kecepatan sekitar 25 % terhadap kecepatan tanpa beban.
II.6. Menjalankan Motor Arus Searah
Ada beberapa cara untuk menstart motor DC, yaitu : 1. Start Langsung
Cara ini adalah cara yang paling mudah dan sederhana, tetapi arus startnya besar. Pada saat jangkar belum bergerak yang tahanannya sangat kecil, maka saat disambung dengan jala-jala arus jangkar (Ia) besar.
Arus start yang sangat besar dapat merusak kumparan jangkarnya. Kalau motornya kecil bisa cepat berputar karena momen kelembaban rotornya kecil, begitu pula arus startnya. Jadi untuk motor yang kecil bisa langsung disambung dengan sumber.
2. Start dengan Rheostat
Untuk membatasi arus start yang besar, pada rangkaian jangkar dipasang Rheostat.
Gambar 2.3 Rheostat
Mula-mula seluruh tahanan Rheostat dipakai, arus jangkar dibatasi oleh Rst,
arus penguat magnet (Im) menjadi besar, sesudah bergerak GGL lawan (E)
13
M
V + -Rsttimbul. Rst dikurangi sedikit demi sedikit sampai pada keadaan minimum dan
motor berputar pada kecepatan normal. II.7. Pengaturan Putaran
Pada motor DC berlaku persamaan : V = E + Ia.Ra E = c.n.φ φ . c E n = atau φ . . c Ra Ia V n= −
Maka berdasarkan persamaan di atas pengaturan putaran motor DC dapat dilakukan dengan :
1. Mengubah tahanan jangkar (Ra) 2. Mengubah fluks magnet (φ ) 3. Mengubah tegangan jala-jala (V)
II.8. Rugi-rugi dan Efisiensi Motor Arus Searah
Untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik, pada motor DC mengalami bermacam-macam kerugian (kehilangan). Dengan adanya kerugian-kerugian pada motor DC tersebut, tenaga listrik (input) dari motor tidak seluruhnya berubah menjadi tenaga mekanik.
Kerugian-kerugian itu disebabkan oleh adanya : 1. Reaksi jangkar
2. Inti besi 3. Gesekan
4. Arus yang mengalir pada belitan / Rheostat Sehingga efisiensi (η ) dari motor dapat ditulis :
% 100 x Pin Pout = η x 100 % rugi -rugi P Pout Pout + = BAB III
III.1. Pengertian Generator Arus Searah
Generator arus searah ialah suatu mesin pengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik arus searah. Tenaga mekanik disini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.
III.2. Prinsip Kerja Generator Arus Searah
Prinsip kerja dari sebuah generator arus searah sesuai dengan percobaan Faraday yang mempunyai pengertian bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka di dalam kawat tersebut akan terbentuk ggl induksi. Demikian pula sebaliknya bila sepotong kawat penghantar listrik digerak-gerakkan dalam medan magnet, maka dalam kawat penghantar tersebut juga terbentuk ggl induksi.
Besarnya ggl induksi rata-rata (e) = - N ∆ ∆ t φ . 10-8 volt
Dimana : N = jumlah belitan
∆ φ = perubahan fluks medan magnet (wb)
∆ t = perubahan waktu (detik)
GGL induksi yang terbentuk dalam kumparan tandanya negatif. Hal ini sesuai dengan hukum Lentz yang mengatakan arah dari arus induksi ialah sedemikian rupa sehingga melawan sebab yang menimbulkannya.
III.3. Prinsip Penyearahan
15 H E F I A C B D Flux magnet
Gambar 3.1 Prinsip Penyearahan
a. Mula-mula sisi AB berada pada kedudukan 0 dan sisi CD berada pada kedudukan 6, pada saat ini pada sisi AB dan CD tidak terbentuk ggl. Pada saat ini pula sikat berhubungan dengan bagian kedua komutator, yang berarti sikat-sikat berpotensial nol.
b. Kumparan berputar terus sehingga AB bergerak di daerah utara (dari 0 menuju 3) dan sisi CD bergerak di daerah selatan. Sesuai dengan kaidah tangan kanan maka ggl yang terbentuk pada sisi AB arahnya menjauhi kita, sedangkan pada sisi CD terbentuk ggl yang arahnya mendekati kita. Kalau dijanjikan bahwa arus listrik di dalam sumber mengalir dari negatif ke positif, maka pada saat itu komutator I dan sikat E beroperasi negatif. Sedangkan komutator II dan sikat F berpotensial positif.
c. Kumparan AB pada kedudukan 6 dan CD pada 12, maka pada saat ini sikat-sikat berpotensial nol karena ggl induksi yang terbentuk pada masing-masing sisi kumparan adalah nol, sikat-sikat hanya berhubungan dengan isolator. d. Sisi AB bergerak di daerah selatan (dari 6 menuju 12) sehingga ggl yang terbentuk pada sisi kumparan AB arahnya mendekati kita, sebaliknya pada sisi CD yang bergerak di daerah utara terbentuk ggl yang arahnya menjauhi kita. Pada saat ini komutator I dan sikat F beroperasi positif sedangkan komutator II dan sikat E berpotensial negatif.
Prime Mover adalah suatu bagian dari dari sistem yang dipakai untuk menggerakkan bagian lain dari sistem agar diperoleh tujuan sistem prime mover ini dapat berupa peralatan yang dapat mengubah energi potensial atau energi listrik menjadi energi listrik atau energi mekanik.
Pada umumnya dalam induksi tenaga listrik, prime mover harus memiliki syarat-syarat sebagai berikut :
1. Mudah dijalankan
2. Mudah mengatur putarannya 3. Mudah membalik putaran
4. Torsi awal harus besar (cepat mencapai harga nominal)
Jika ditinjau dari syarat-syarat di atas, mesin yang cukup memenuhi syarat adalah motor arus searah yang performancenya antara lain :
1. Start Vt = Ia.Ra
2. Kontrol putaran = Vt −Iac..φRa
3. Membalik arah putaran cukup dengan membalik arah arus jangkar atau arus medannya.
4. Torsi awal besar khususnya pada motor DC seri. III.5. Jenis-jenis Generator Arus Searah
Berdasarkan sumber arus kemagnetan (arus penguat) bagi kutub magnet buatan, generator arus searah dapat dibedakan :
1. Generator dengan penguat terpisah, bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator tersebut.
Generator dengan penguat terpisah hanya dipakai dalam keadaan tertentu dan jarang terjadi. Dengan terpisahnya sumber arus kemagnetan dari generator, berarti besarnya arus kemagnetan tidak terpengaruh oleh nilai-nilai arus ataupun tegangan generator. 17 oI oK oA oB U S +
-Gambar 3.2 Generator Penguat Terpisah
Gambar 3.3 Rangkaian Ekivalen
Dari gambar di atas didapat ; Persamaan arus :
Rin Em
=
Im ; Ia = IL
Persamaan tegangan : E = Ek + Ia.Ra + 2 ∆ E Ek = IL.RL
Dimana : E = GGL induksi Ek = Tegangan sumber
Em = Tegangan sumber penguat medan
∆ E = Kerugian tegangan pada sikat Im = Arus penguat magnet
Ia = Arus jangkar IL = Arus beban
Ra = Tahanan jangkar Rm = Tahanan penguat
2. Generator dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari generator itu sendiri.
G
E RL IL > IM > RM EM I k B AKarena generator penguat sendiri memperoleh arus kemagnetan dari dalam generator itu sendiri, maka dengan sendirinya arus kemagnetan akan terpengaruh oleh nilai-nilai tegangan dan arus yang terdapat pada generator. Dalam hal ini magnet yang dapat menimbulkan ggl mula-mula, ditimbulkan oleh adanya remanensi (magnet sisa) pada kutub-kutubnya.
Pengaruh nilai-nilai tegangan dan arus generator terdapat arus penguat tergantung cara bagaimana hubungan belitan penguat magnet dengan belitan jangkar.
Karena itu berdasarkan hubungan belitan penguat magnet dengan belitan jangkar, generator penguat sendiri dibedakan atas :
Generator shunt Generator seri
Generator kompon (campuran) a. Generator shunt
Generator shunt yaitu generator penguat sendiri dimana belitan magnetnya dihubungkan shunt (paralel) dengan belitan jangkar.
Gambar 3.4 Generator Shunt
19 oC oA oD oB U S × RL > <
G
B A E IL Ish Rsh C D > Ia + -Ek3.5 Rangkaian ekivalen
Karena belitan penguat magnet (Rsh) paralel dengan belitan jangkar, maka diperoleh :
Persamaan arus Ia = IL + Ish
Persamaan tegangan E = Ek + Ia.Ra + 2 ∆ E Ek = Ish.Rsh
b. Generator seri
Generator seri yaitu generator penguat sendiri dimana belitan penguat magnetnya dihubungkan seri dengan belitan jangkar.
Gambar 3.6 Generator Seri
Gambar 3.7 Rangkaian Ekivalen
Berdasarkan rangkaian di atas maka diperoleh : Persamaan arus Ia = Ise = IL
Persamaan tegangan E = Ek + Ia.Ra + Ise.Rse + 2 ∆ E
oE oA oF oB U S ×
G
B A E > Ia RL Ek E F Rsc += Ek + Ia (Ra + Rse) + 2 ∆ E c. Generator kompon (campuran)
Generator kompon ialah generator arus searah yang belitan penguat medannya terdiri dari belitan penguat shunt dan seri. Karena ada 2 kemungkinan cara meletakkan belitan penguat serinya, generator kompon dibedakan atas :
1. Generator kompon panjang
Generator kompon yang belitan penguat serinya terletak pada rangkaian jangkar.
Gambar 3.8 Generator Kompon Panjang
Gambar 3.9 Rangakaian Ekivalen
Dari rangkaian di atas diperoleh : Persamaan arus Ise = Ia
Ia = IL + Ish 21 oC oA oE oD oB oF × U S G B A E >Ia RL Ek D C Rsh Rsc E > < IL Isc F
Persamaan E = Ek + Ia (Ra+Rse) + 2 ∆ E = Ish.Rsh + Ia (Ra + rse) + 2 ∆ E 2. Generator kompon pendek
Generator kompon yang belitan penguat serinya terletak pada rangkaian beban.
Gambar 3.10 Generator Kompon Pendek
Gambar 3.11 Rangkaian Ekivalen
Dari rangkaian ekivalen di atas diperoleh ; Persamaan arus Ise = IL
Ia = IL + Ish
Persamaan tegangan E = Ek + Ia.Ra + Ise.Rse + 2 ∆ E = Ia.Ra + Ish.Rsh + 2 ∆ E III.6. Kegunaan Generator Arus Searah
Generator arus searah sebagai salah satu pembangkit listrik arus searah banyak kegunaannya di bengkel-bengkel, pabrik-pabrik maupun dalam kehidupan
sehari-oC oA oE oD oB oF × U S RL Ek
G
B A E > Ia E F Rsc > IL D C Rsh < Ishhari. Dalam penggunaannya generator arus searah dapat ditempatkan tetap maupun bergerak. Dalam hal ini untuk yang ditempatkan tetap misalnya generator yang dipergunakan untuk mengisi accu pada perusahaan, sedangkan untuk yang bergerak misalnya pada pengisi accu mobil.
Kegunaan lain :
Untuk memberi arus pada lampu Untuk menggerakkan kontrol Untuk penggerak
Di pusat-pusat tenaga listrik generator arus searah berfungsi sebagai sumber penguat magnet (exiter) pada generator utama. Di pabrik kita banyak menemui misalnya pada pabrik penyepuhan dan pabrik-pabrik yang banyak memakai motor arus searah. Untuk las listrik dan masih banyak lagi.
BAB IV
KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH
IV.1. Karakteristik Generator Penguat Terpisah a. Karakteristik Beban Nol
Gambar 4.1 Rangkaian Beban Nol
Gambar 4.2 Karakteristik Beban Nol
b. Karakteristik Berbeban
Gambar 4.3 Rangkaian Berbeban
Eo
G
Rv Em + -Eo Im 0 a c d e Eo Im 0 n1>n n1<n n Rv Em + -> Im RmG
Ek > IL RL E Im 0 c a1 b1 a b c m q p Eo Ek E m1 q1 p1 SGambar 4.4 Karakteristik berbeban
c. Karakteristik Pengaturan
Gambar 4.5 Karakteristik Pengaturan
d. Karakteristik Hubung Singkat
Gambar 4.6 Rangkaian Hubung Singkat
25 IL Im Imo Im Ia 0 r Rv Em + - Rm
G
Im > +-Gambar 4.7 Karakteristik Hubung Singkat
IV.2. Karakteristik Generator Shunt
Gambar 4.8 Rangkaian Beban Nol
Gambar 4.9 Karakteristik Beban Nol
Gambar 4.10 Karakteristik Luar
IV.3. Karakteristik Generator Seri Rv Rsh
G
RL t E s r 0 a Ish p Ek IL b1 0 a 2 b RscG
RGambar 4.11 Rangkaian Generator Seri
Gambar 4.12 Karakteristik Luar
IV.4. Karakteristik Generator Kompon
Gambar 4.13 Rangkaian Generator Kompon Panjang
Gambar 4.14 Rangkaian Generator Kompon Pendek
27 E Eo Ek I Rsc
G
RL Rsh RscG
RL Rsh Ek I b a p q s m E EkGambar 4.15 Karakteristik Berbeban Generator Kompon
Gambar 4.16 Karakteristik Luar Generator Kompon Pendek
BAB V
KARAKTERISTIK MOTOR ARUS SEARAH
V.1. Karakteristik Putaran n = f (Ia); V konstan Eo
I II
III I
Motor shunt mempunyai karakteristik putaran yang kaku, artinya bila ada perubahan beban yang besar hanya terjadi penurunan putaran yang kecil. Dari persamaan kecepatan : φ . . c Ra Ia V n= −
dapat dilihat bahwa perubahan harga Ia akan memberikan pengaruh yang kecil terhadap n. Hal ini disebabkan oleh nilai Ra biasanya kecil dan untuk motor shunt pada V konstan maka φ konstan
Pada motor seri Ia = Im sehingga φ = f (Ia) = f (Im) oleh karena itu :
k Ra Ia k V Ia k Ra Ia V n= − = − . . .
Motor kompon mempunyai sifat antara motor seri dan shunt, menurut arah belitan penguat magnet, motor kompon ada 2, yaitu :
1. Komulatif jika medan shunt dan seri saling memperkuat
φ = φ sh + φ se
2. Differensial jika medan seri memperlemah medan shunt
φ = φ sh - φ se
Gambar 5.1 Karakteristik Putaran
V.2. Karakteristik Torsi T = f(Ia); V konstan Dari persamaan Torsi T = k.Ia. φ
Pada motor shunt, jika V konstan, Im konstan maka φ konstan. Sehingga untuk V konstan torsi motor shunt hanya tergantung pada Ia. T = k.Ia
29 n Ia differensial komulatif shunt seri
Grafiknya linear, tetapi pada beban berat meskipun Im konstan φ berubah akibat adanya reaksi jangkar.
Pada motor seri Im = Ia sehingga φ sebanding dengan Ia. Kalau bebannya ringan, dimana magnet tidak berada pada daerah jenuh φ akan sebanding dengan Ia. Pada kondisi ini grafik cenderung lurus. Pada beban berat φ tidak sebanding dengan Ia. Torsi akan turun.
Untuk motor kompon, φ se dan φ sh saling berpengaruh. Karakteristik torsinya merupakan kombinasi dari motor seri dan motor shunt. Kalau beban motor besar, arus pada belitan seri besar sehingga φ bertambah. Sedangkan arus pada belitan shunt tetap. Oleh karena itu resultan φ nya akan memberikan torsi agak cekung di atas pada beban ringan dan pada daerah jenuh grafiknya lurus.
Gambar 5.2 Karakteristik Torsi
V.3. Karakteristik Mekanis Dari persamaan n=V −cIa.φ.Ra Ia Overload range Rated torsi shunt seri kompon T
Dapat dilihat bahwa pada motor shunt dimana kalau Torsi (T = k.Ia. φ ) bertambah, Ia bertambah φ tetap. Maka dengan pertambahan T pada motor shunt, n akan menurun.
Pada motor seri, dengan bertambahnya T, menyebabkan bertambahnya Ia dan
φ , karena pada motor seri φ merupakan fungsi Ia. Untuk Ia = 0, Im = 0, n akan menuju tak hingga , sedangkan untuk Ia yang besar, n akan mendekati nol.
Untuk motor kompon karakteristiknya terletak antara karakteristik motor seri dan motor shunt.
Gambar 5.3 Karakteristik Mekanis
BAB VI
PERCOBAAN BEBAN NOL GENERATOR
31 n HP output komulatif shunt seri Rated speed Rated HP T
VI.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan hubungan antara tegangan induksi dengan arus penguat pada putaran konstan.
2. menggambarkan karakteristik Eo = f (If). VI.2. Teori dan Analisa Karakteristik
Rangkaian Ekivalen dari suatu generator DC dengan penguat terpisah dapat digambarkan sebagai berikut :
Dari gambar di atas diperoleh rumus :
f f f R V I = Ea = Vt + Ia.Ra
Bila generator tidak dibebani maka Ia = 0, sehingga : Ea = Vt
Besar tegangan yang dibangkitkan pada jangkar adalah : E = c.n.φ dan φ = If
Maka E = c.n.If, dimana c dan n konstan, sehingga Ea = k.If
VI.3. Rangkaian Percobaan
Ia < If > Rf Vf Ea If E praktek teori Im S1 Vm Ifm Vfm S2 Ifg Vfg S3 Vg S4
M
A BG
A B + -+-P
T
D
C
1
K JVI.4. Prosedur Percobaan
1. Menjalankan motor DC dengan cara : Ifm dibuat normal
Menutup S2
Mengatur Vin max Menutup S1
Menaikkan Vin sampai tegangan nominal atau putaran nominal 2. Mengatur putaran motor konstan 1500 rpm
3. Menaikkan Ifm secara bertahap dan mencatat Vg dan Ifg
4. Percobaan dilakukan sampai 110 % tegangan nominal, kemudian Ifg diturunkan
sampai nol.
5. Mengulangi percobaan pada putaran 1300 rpm VI.5. Data Hasil Percobaan
a. Untuk n = 800 rpm Vm = 65 Volt Vfm = 100 V
Ifm = 0,68 Amp Im = 1,4 Amp
1. Percobaan naik
NO Ifg (amp) Vg (volt) Vfg (volt) 1 2 3 4 5 6 7 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,1 10 30 40 45 45 50 0 30 60 90 120 155 180 2. Percobaan turun
NO Ifg (amp) Vg (volt) Vfg (volt)
1 2 3 4 5 6 7 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 50 45 40 35 25 10 1 180 160 130 100 65 30 0 b. Untuk n = 1000 rpm Vm = 65 Volt Ifm = 0,8 Amp Im = 1,2 Amp Vfm = 100 V 3. Percobaan naik
NO Ifg (amp) Vg (volt) Vfg (volt)
1 2 3 4 5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 10 30 40 50 0 35 60 90 125
6 7 1 1,2 55 60 150 185 4. Percobaan turun
NO Ifg (amp) Vg (volt) Vfg (volt)
1 2 3 4 5 6 7 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 60 50 48 45 35 15 1,2 185 160 130 100 65 35 0 VI.6. Analisa Data Percobaan
1. Dilihat dari tabel hasil percobaan pada saat Ifg = 0, Vfg = 0 semakin besar arus
medan generator diberikan maka semakin besar pula Vfg yang dihasilkan.
2. Untuk tegangan generator pada keadaan naik tidak sama dengan pada keadaan turun walaupun Ifg sama.
3. Pada saat Ifg belum diberikan ke generator, tegangan induksi sudah ada, ini
disebut dengan tegangan sisa.
VI.8. Analisa Grafik Hasil Percobaan
1. Dari grafik terlihat bahwa karakteristik Vg = f (Ifg), setiap kenaikan Ifg maka
diikuti kenaikan Vg.
2. Dengan pertambahan Ifg yang linier dalam hasil penggambaran karakteristiknya
melengkung, disebabkan efek kejenuhan inti.
3. Pada saat Ifg = 0 tegangan induksi telah ada, sehingga grafiknya tidak dimulai
dari 0.
4. Grafik pada saat naik tidak sama dengan saat turun karena adanya rugi-rugi inti.
VI.9. Kesimpulan
1. Semakin besar arus penguat yang diberikan maka tegangan yang dihasilkan generator semakin besar.
2. Kurva yang dihasilkan Vg vs Ifg melengkung dan memiliki titik kejenuhan inti.
3. Kurva naik tidak dimulai dari 0, begitu juga waktu turun. Hal ini karena adanya Remanensi (magnet sisa) pada inti generator.
4. Perbedaan tegangan generator pada saat naik dan pada saat turun disebabkan adanya rugi-rugi inti.
BAB VII
VII.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan arus hubung singkat sebagai fungsi dari arus penguat pada kecepatan konstan.
2. Menggambarkan karakteristik Ia = f(If) pada V = 0, φ konstan.
VII.2. Teori dan Analisa Karakteristik
Karakteristik hubung singkat diperoleh melalui suatu percobaan dimana harga kumparan nominalnya meningkat konstan.
Dari gambar di atas diperoleh persamaan ; Ea = Vt + Ia.Ra
Karena percobaan hubung singkat Vt = 0, maka Ia = Isc, arus ini sangat besar. Sehingga persamaan menjadi :
Ea = Isc.ra ; Ea = c.n.φ
(
)
n c Ra Isc . . = φ ; φ = Ifkarena Ra, c dan n konstan maka :
If
(
)
2 1 . k k Isc = 2 1 2 1 . k k k k Isc + = 3 2 k k Isc = = Isc = If.k2 + k3 = If.k4 37 teori praktek Ia If Ia < If > Rf Vf Ea VtOleh karena adanya tegangan remanensi pada generator, maka pada saat If = 0, Isc telah ada walaupun sangat kecil.
VII.3. Rangkaian Percobaan
VII.4. Prosedur Percobaan
1. Membuat rangkaian seperti gambar di atas 2. Menutup S3 dan mencatat penunjukan Ifm
3. Menaikkan Ifg sampai arus nominal generator, mencatat penunjukan Ifm dan Ifg
4. Mematikan PTDC3 dan membuka S3, Meminimumkan PTDC1 dan membuka
S1 dan S2
VII.5. Data Hasil Percobaan
N = 1000 rpm Vm = 65 volt Ifg = 0,68 amp Im = 1,2 amp Im
P T D C 2
Ifm Vfm S2P T D C 3
Ifg Vfg S3 Ish S4M
A BG
A B + -S1 Vm +-P
T
D
C
1
K JNO Ifg (amp) Ia = Isc (amp) 1 2 3 4 5 6 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,8 2 3,6 4,4 6 7,4 VII.6. Analisa Data Percobaan
1. Dari hasil percobaan terlihat bahwa setiap kenaikan Ifg diikuti kenaikan Isc.
Hal ini sesuai dengan teori.
2. Pada saat belum diberikan penguatan pada generator (Ifg = 0) telah terdapat Isc
sebesar 0,8 A.
3. Dari data terlihat bahwa perbandingan antara Isc dan Ifg begitu besar.
VII.8. Analisa grafik Hasil Percobaan
1. Dari grafik terlihat bahwa karakteristik Ia = f (If) setiap kenaikan Ifg diikuti
dengan kenaikan Ia.
2. Gambar grafik linier, tetapi tidak dimulai dari 0 sehingga dapat dikatakan tidak sesuai dengan teori.
VII.9. Kesimpulan
1. Pada saat generator belum diberi penguatan, telah terdapat Isc sebesar 0,8 A. Hal ini disebabkan oleh adanya efek remanensi (magnet sisa) pada inti generator.
2. Bertambahnya Ifg pada generator diikuti dengan bertambahnya Isc. Hal ini
sesuai dengan karakteristik Ia = f(If).
3. Perbandingan harga yang besar antara Ifg dan Isc adalah karena pada saat
generator dihubung singkatkan V = 0, sehingga arus menjadi maksimum. 4. Kurva yang dihasilkan Ifg vs Isc linier, karena kenaikan kedua arus tersebut
sebanding.
BAB VIII
VIII.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan tegangan jepit (Vt) dan arus penguat bila Ia dan n konstan. 2. Menentukan karakteristik
Pin = f (Iag) Pout = f (Iag)
T = f (Iag) Vg = f (Iag)
η = f (Iag)
VIII.2. Teori dan Analisa Karakteristik
Rangkaian ekivalen dari suatu generator DC dengan penguatan bebas dengan memberikan beban dapat digambarkan sebagai berikut :
Dari gambar di atas diperoleh :
f f f R V I = Ea = Vt + Ia.Ra Ea = c.n.φ N, Ia = konstan φ = If maka : c.n.φ = Vt + Ia.Ra k1.If = Vt + k2.Ia Vt = k1.If + k2.k3 Karakteristik Vt = f (If) 41 Vt If Ia < Ea If > Rf Vf Vt LOAD
Karakteristik Pin = f (Iag) Pin = T.n 975 1000 T = c.Iag.φ = k1.Iag Pin = k1.Iag.k2.k3 = k4.Iag
Karakteristik Pout = f (Iag)
Pout = Vag.Iag = k.Iag Karakteristik T = f (Iag) T = c.Iag.φ = k.Iag Karakteristik η = f (Iag) % 100 x Pin Pout = η Pin Iag Pout Iag T Iag η Iag
Karakteristik Vg = f (Iag)
VIII.3. Rangkaian Percobaan
VIII.4. Prosedur Percobaan
1. Menjalankan motor DC, mengatur tegangan masuknya pada harga nominal dan dijaga konstan.
2. Mengatur putaran motor pada harga nominal (mengatur Ifm).
3. Mengatur tegangan generator pada harga nominal (dengan mengatur Ifg) dan
menjaga Ifg konstan. 43 Vg Iag
P T D C 2
Ifm Vfm S2P T D C 3
Ifg Vfg S3 S4 IamM
A BG
A B S1 Vm +-P
T
D
C
1
L O A D Iag K J4. Menutup S4 pada posisi Rb maksimum.
5. Menaikkan Iag secara secara bertahap (dengan menurunkan Rb), setiap tahap perputaran dijaga konstan (dengan mengatur Ifm).
6. Mencatat Iam, Ifm, Vg, Iag, Ifg.
7. Percobaan dilakukan sampai arus jangkar generator mencapai harga nominal. VIII.5. Data Hasil Percobaan
Beban resistif
Ifg = 1,2 amp Vm = 80 volt n = 1300 rpm
NO Beban (W) Iam (A) Ifm (A) Vg (V) Iag (A) Vfg (V) Vfm (V)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 2,4 2,6 2,8 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 0,67 0,67 0,66 0,64 0,63 0,63 0,62 0,61 0,61 0,6 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 0,2 0,3 0,5 0,6 0,8 1 1,1 1,3 1,4 1,6 195 200 200 200 205 205 205 208 208 208 105 100 100 100 95 95 95 94 90 90
VIII.6. Analisa Data Hasil Percobaan 051 , 0 2 , 1 . 1300 80 . = = = fg I n Eg c
T = c.Iag.Ifg T1 = 0,051 x 0,2 x 1,2 = 0,012 Nm T2 = 0,051 x 0,3 x 1,2 = 0,018 Nm T3 = 0,051 x 0,5 x 1,2 = 0,031 Nm T4 = 0,051 x 0,6 x 1,2 = 0,037 Nm T5 = 0,051 x 0,8 x 1,2 = 0,049 Nm T6 = 0,051 x 1,0 x 1,2 = 0,061 Nm T7 = 0,051 x 1,1 x 1,2 = 0,067 Nm T8 = 0,051 x 1,3 x 1,2 = 0,079 Nm T9 = 0,051 x 1,4 x 1,2 = 0,085 Nm T10 = 0,051 x 1,6 x 1,2 = 0,098 Nm Pin = T.n. 975 1000 Pin1 = 0,012 x 1300 x 975 1000 = 16 W Pin2 = 0,018 x 1300 x 975 1000 = 24 W Pin3 = 0,031 x 1300 x 975 1000 = 41,35 W Pin4 = 0,037 x 1300 x 975 1000 = 49,35 W Pin5 = 0,049 x 1300 x 975 1000 = 65,35 W Pin6 = 0,061 x 1300 x 975 1000 = 81,36 W Pin7 = 0,067 x 1300 x 975 1000 = 89,36 W Pin8 = 0,079 x 1300 x 975 1000 = 105,37 W 45
Pin9 = 0,085 x 1300 x 975 1000 = 113,37 W Pin10 = 0,098 x 1300 x 975 1000 = 130,71 W Pout = Vg.Iag Pout1 = 80 x 0,2 = 16 W Pout2 = 80 x 0,3 = 24 W Pout3 = 80 x 0,5 = 40 W Pout4 = 80 x 0,6 = 48 W Pout5 = 80 x 0,8 = 64 W Pout6 = 80 x 1,0 = 80 W Pout7 = 80 x 1,1 = 88 W Pout8 = 80 x 1,3 = 104 W Pout9 = 80 x 1,4 = 112 W Pout10 = 80 x 1,6 = 128 W η = PoutPin x 100 % η 1 = 16 16 x 100 % = 100 % η 2 = 24 24 x 100 % = 100 % η 3 = 41,35 40 x 100 % = 96,73 % η 4 = 49,35 48 x 100 % = 97,26 % η 5 = 65,35 64 x 100 % = 97,93 %
η 6 = 81,36 80 x 100 % = 98,32 % η 7 = 89,36 88 x 100 % = 98,47 % η 8 = 105,37 104 x 100 % = 98,7 % η 9 = 113,37 112 x 100 % = 98,79 % η 10 = 130 ,71 128 x 100 % = 97,92 %
VIII.8. Analisa Grafik Hasil Percobaan 1. Pin = f (Iag)
Setiap kenaikan harga Iag, Pin juga naik. Kenaikan ini sebanding dengan kenaikan.
2. Pout = f (Iag)
Setiap kenaikan harga Iam yang seiring dengan kenaikan beban, maka Pout akan naik.
3. T = f (Iag)
Kenaikan beban yang sesuai dengan kenaikan Iam mengakibatkan Torsi juga naik, sebab putaran konstan.
4. η = f (Iam)
Setiap kenaikan beban, sistem daya akan mengalami perubahan, sehingga efisiensi juga akan berubah tetpi sangat kecil.
5. Vg = f (Iag)
Besar Vg tetap walaupun Iag ditambah secara bertahap. VIII.9. Kesimpulan
1. Pada putaran konstan pertambahan beban akan mengakibatkan berubahnya arus jangkar generator.
2. Perubahan arus jangkar mengakibatkan perubahan pada besarnya daya masuk, daya keluar dan torsi generator.
3. Perubahan arus jangkar generator tidak mempengaruhi tegangan generator. 4. Pada tegangan generator dan putaran generator yang konstan, perubahan beban
tidak terlalu mempengaruhiefisiensi kerja dari generator.
BAB IX
PERCOBAAN BERBEBAN MOTOR ARUS SEARAH
IX.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan tegangan terminal dan arus beban pada keadaan n konstan. 2. Menentukan karakteristik motor DC saat berbeban.
Pin = f (Iam) T = f (Iam) Vm = f (Iam) Pout = f (Iam)
η = f (Iam)
IX.2. Teori dan Analisa Karakteristik
Dalam percobaan ini motor DC akan diberi beban yaitu untuk memutar generator DC sehingga dapat dikatakan motor DC sebagai Prime Mover. Kedua mesin tersebut dapat diberi penguatan bebas, sehingga didapat persamaan :
Vm = Em + Ia.Ra Em = c.n.φ
φ = Ifm → konstan n = Vm → konstan Karakteristik Pin = f (Iam)
Karakteristik T = f (Iam) T = Iam.Ifm = k.Iam 49 Pin Iam T Iam
Karakteristik Pout = f (Iam) Pout = 2π .T.n = Ifm.Iam.k1 = k2.k1.Iam = k3.Iam Karakteristik η = f (Iam) η = x100 % Pin Pout = 100 % . . 3 x Iam k Iam k
IX.3. Rangkaian Percobaan Pout Iam η Iam Ifm Vfm S2 Ifg Vfg S3 Iam
M
A BG
A B S1 Vm +-P
T
D
C
1
L O A D S4 Iag Vg K JIX.4. Prosedur Percobaan
1. Merangkai peralatan sesuai gambar.
2. Menjalankan motor DC, mengatur tegangan masukannya pada harga nominal dan dijaga konstan.
3. Mengatur putaran motor pada harga nominalnya (dengan mengatur Ifm). 4. Mengatur tegangan generator pada harga nominal.
5. Menutup S4 pada waktu maksimum.
6. Menaikkan Iag secara bertahap.
7. Setiap tahap perputaran dijaga konstan (dengan mengatur Ifm). 8. Mencatat Iam dan Ifm.
9. Percobaan dilakukan sampai arus jangkar motor mencapai nilai nominal.
IX.5. Data Hasil Percobaan
Beban Resistif
Iag = 1,2 amp Vm = 80 volt η = 1300 rpm
NO Beban (W) Iam (A) Vfm (V) Ifm (A) Iag (A) Vg (V) 1 2 60 120 2,45 2,65 105 100 0,67 0,67 0,2 0,3 80 80 51
3 4 5 6 7 8 9 10 180 240 300 360 420 480 540 600 2,8 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 100 100 95 95 95 94 90 90 0,66 0,64 0,63 0,63 0,62 0,61 0,60 0,61 0,5 0,6 0,8 1,0 1,1 1,3 1,4 1,6 80 80 80 80 80 80 80 80
IX.6. Analisa Data Hasil Percobaan
T = Ifm.Iam T1 = 0,67 x 2,45 = 1,64 Nm T2 = 0,67 x 2,65 = 1,77 Nm T3 = 0,66 x 2,8 = 1,84 Nm T4 = 0,64 x 3,2 = 2,04 Nm T5 = 0,63 x 3,4 = 2,14 Nm T6 = 0,63 x 3,6 = 2,26 Nm T7 = 0,62 x 3,8 = 2,35 Nm T8 = 0,61 x 4 = 2,44 Nm T9 = 0,60 x 4,2 = 2,52 Nm T10 = 0,61 x 4,4 = 2,68 Nm Pin = Vm.Iam Pin1 = 80 x 2,45 = 196 W Pin2 = 80 x 2,65 = 212 W Pin3 = 80 x 2,8 = 224 W Pin4 = 80 x 3,2 = 256 W Pin5 = 80 x 3,4 = 272 W
Pin6 = 80 x 3,6 = 288 W Pin7 = 80 x 3,8 = 304 W Pin8 = 80 x 4 = 320 W Pin9 = 80 x 4,2 = 336 W Pin10 = 80 x 4,4 = 352 W Pout = Vg.Iag.cos ϕ Pout1 = 80 x 0,2 x 1 = 16 W Pout2 = 80 x 0,3 x 1 = 24 W Pout3 = 80 x 0,5 x 1 = 40 W Pout4 = 80 x 0,6 x 1 = 48 W Pout5 = 80 x 0,8 x 1 = 64 W Pout6 = 80 x 1,0 x 1 = 80 W Pout7 = 80 x 1,1 x 1 = 88 W Pout8 = 80 x 1,3 x 1 = 104 W Pout9 = 80 x 1,4 x 1 = 112 W Pout10 = 80 x 1,6 x 1 = 128 W η = PoutPin x 100 % η 1 = 196 16 x 100 % = 8,16 % η 2 = 212 24 x 100 % = 11,32 % η 3 = 224 40 x 100 % = 17,85 % 53
η 4 = 256 48 x 100 % = 18,75 % η 5 = 272 64 x 100 % = 23,52 % η 6 = 288 80 x 100 % = 27,77 % η 7 = 304 88 x 100 % = 28,94 % η 8 = 320 104 x 100 % = 32,5 % η 9 = 336 112 x 100 % = 33,33 % η 10 = 352 128 x 100 % = 36,36 %
IX.8. Analisa Grafik Hasil Percobaan 1. Pin = f (Iam)
Setiap kenaikan harga Iam, Pin juga naik. Kenaikan ini sebanding dengan kenaikan beban.
2. Pout = f (Iam)
Setiap kenaikan harga Iam yang seiring dengan kenaikan beban, maka Pout akan naik.
Setiap kenaikan beban akan mempengaruhi harga Iam, sehingga jika Iam naik maka T juga akan naik. Ini disebabkan putaran konstan.
4. η = f (Iam)
Setiap kenaikan beban sistem daya akan mengalami perubahan, sehingga akan mempengaruhi efisiensi.
5. Vm = f (Iam)
Perubahan Iam tidak mempengaruhi besarnya Vm. IX.9. Kesimpulan
1. Jika beban bertambah maka akan mempengaruhi putaran motor, ini terbukti dengan kenaikan harga Iam, disini putaran dijaga konstan.
2. Akibat perubahan Iam daya mekanis (Torsi) dan efisiensi akan berubah. 3. Perubahan Iam juga mempengaruhi besarnya Pin dan Pout pada motor.
4. Perubahan beban yang diikuti dengan perubahan Iam tidak mempengaruhi besarnya Vm.
BAB X
PERCOBAAN BEBAN NOL MOTOR ARUS SEARAH
X.1. Tujuan Percobaan
1. Menentukan hubungan antara tegangan motor (Vm), sebagai fungsi dari pada putaran pada arus konstan.
2. Untuk menentukan karakteristik Vm = f (n)
X.2. Teori dan Analisa Karakteristik V = f (n) ; If konstan V = E + Ia.Ra
E = c.n.φ
V = c.n.φ + Ia.Ra
Karena Ia ≈ If, Ia dan If konstan, maka V = k1.n + k2. Dari persamaan di atas
dapat digambarkan karakteristik Vm = f (n) yang merupakan garis lurus.
Dari gambar di atas terlihat bahwa jika harga n naik maka tegangan juga naik. Dan pada saat n = 0, telah terdapat Vm.
X.3. Rangkaian Percobaan Vm (V) N (rpm) Ifm Vfm S2 Ifg Vfg S3 Iam
M
A BG
A B S1 Vm +-P
T
D
C
1
L O A D S4 Iag Vg K JX.4. Prosedur Percobaan
1. Membuat rangkaian seperti gambar.
2. Switch terbuka dan PTDC dalam keadaan minimum. 3. S2 ditutup, menaikkan PTDC2 sampai A2 nominal.
4. Menutup S1, menaikkan PTDC1 sampai putaran nominal, mencatat n dan Vm.
5. Menurunkan putaran secara bertahap sehingga 0, dengan mengatur PTDC1.
Mencatat n dan V pada setiap penurunan.
6. Setelah n = 0, membuka S1 dan S2, serta meminimumkan PTDC1 dan PTDC2.
X.5. Data Hasil Percobaan
Ifm = 0,68 amp Ifg = 1,2 amp
NO Vm (V) Im (A) N (rpm) 1 2 3 4 85 75 70 60 1,2 1,25 1,2 2,5 1300 1200 1100 1000 57
5 6 7 8 9 10 60 55 45 40 30 20 2,5 2 2 1,8 1,8 1,6 900 800 700 600 400 200
X.6. Analisa Data Hasil Percobaan
1. Dari data terlihat bahwa setiap penurunan putaran akan menyebabkan penurunan tegangan.
2. Dari data terlihat bahwa perubahan Im tidak sebanding dengan perubahan putaran motor.
X.8. Analisa Grafik Hasil Percobaan
1. Dari grafik terlihat bahwa penurunan putaran sebanding dengan penurunan Vm.
2. Gambar grafik terlihat linier, sesuai dengan karakteristik Vm = f (n). X.9. Kesimpulan
1. Jika putaran motor turun, maka Vm juga akan turun. Karena putaran sangat mempengaruhi besar tegangan motor.
2. Grafik dari putaran dan tegangan adalah linier. Karena perubahan n sebanding dengan perubahan Vm.
3. Dengan arus medan yang konstan, diperlukan tegangan yang tinggi untuk mendapatkan kecepatan putaran yang tinggi.
4. Perubahan (penurunan) putaran secara bertahap tidak sebanding dengan perubahan Im.
BAB XI JAWABAN TUGAS
1. Pada percobaan ini tegangan (Vg) konstan, walaupun Iag bertambah.
2. Disini kenaikan Ifm tidak bergantung pada perubahan Iag, hal ini mengakibatkan grafik yang dihasilkan tidak linier.
3. Arus hubung singkat generator pada putaran tersebut sangat besar (mendekati tak hingga). Maka bila terjadi hubungan singkat V = 0.
4. Apabila rangkaian medannya terlepas dari sumber maka akan terjadi putaran yang cepat, hal ini dapat dilihat pada persamaan di bawah :
Ea1 = c.n.φ ⇒φ ≈ If
Ea2 = V + Ia.Ra
c.n. φ = V + Ia.Ra
n = V +cIa.φ.Ra jika φ = 0 maka n = tak hingga 5. Pengaturan arus medan menggunakan tahanan seri disebabkan untuk mengatasi
arus start motor yang besar. Hal ini akan memperlambat putaran motor.
(
)
φ . 1 c Rsh Ra Ia V n= + + jika φ = IfSedangkan pada generator arus searah : Ia = Ish Ea = Ek + Ia.Ra + Ia.Rsh + 2 Es Ea = Ek + Ia (Ra + Rsh) + 2 Es Ia = Rsh Ra Es Ek Ea + − − 2 DAFTAR PUSTAKA
1. Penuntun Praktikum “Mesin-mesin Listrik”, ITM. 2. Drs. Soemanto, “Mesin Arus Searah”.
