BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Pengambilan data dalam penelitian tugas akhir ini akan dilakukan di
Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara pada tanggal 1- 5 Desember 2016.
3.2 Metode Pengumpulan Data
Salah satu hal yang sangat penting dalam melakukan penelitian adalah
metode pengumpulan data. Kesalahan yang terjadi dalam proses pengumpulan
data dapat menyebabkan proses analisis data menjadi rumit dan rentan terhadap
tingkat akurasi hasil penelitian yang buruk. Pada penelitian ini, penulis memilih
beberapa metode, diantaranya :
3.2.1. Metode Dokumentasi
Metode dokumentasi adalah suatu metode yang menggunakan catatan atas
kejadian-kejadian yang telah terjadi, catatan tersebut dapat berupa tulisan maupun
gambar. Pada penelitian ini penulis melakukan metode dokumentasi dari
tulisan-tulisan yang berupa buku-buku, yang meyangkut tentang bagaimana pengaturan
3.2.2. Metode Observasi
Metode obsevasi yang dilakukan penulis adalah dengan melakukan
pengamatan dan pencatatan secara sistemik tehadap data-data yang menyangkut
tentang penelitian, dimana penelitian dilakukan dengan cara melakukan percobaan
pada pengaturan putaran motor dc shunt. Setalah melakukan percobaan, penulis
melakukan analisis dan interpretasi terhadap hasil percobaan dan kenudian
menarik kesimpulan atas hasil penelitian.
3.3 Bahan dan Peralatan
Pada penelitian ini terdapat dua jenis percobaan yang dilakukan :
3.3.1 Percobaan Dengan Metode Flux Magnet
Bahan dan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Motor dc, dengan spesifikasi :
V = 220 volt
Tahanan Medan Shunt = 1,168 kOhm
Tahanan Jangkar = 4,5 Ohm
2. Generator dc, dengan spesifikasi :
V = 220 volt
IL = 9,1 A
n = 150 rpm
Kelas Isolasi = B
Type GNF 110/140 Penguatan Bebas
3. Tahanan Geser ( 5 Buah )
4. Tachometer ( 2 buah )
5. Kabel Penghubung
6. Multimeter (5 buah)
7. Power Supply ( 1 PTAC dan 1 PTDC )
8. Penyearah diode 3 phasa gelombang penuh
3.3.2 Percobaan Dengan Metode Ward Leonard
Bahan dan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Motor dc, dengan spesifikasi :
V = 220 volt
Tahanan Medan Shunt = 1,168 kOhm
Tahanan Jangkar = 4,5 Ohm
2. Generator dc, dengan spesifikasi :
P = 2 kW
IL = 9,1 A
n = 150 rpm
Kelas Isolasi = B
Type GNF 110/140 Penguatan Bebas
3. Motor Induksi, dengan spesifikasi :
V = 220/380
IL = 10,7/6,2 A
Kelas Isolasi = B-F
P = 2,2 kW
f = 50 Hz
Type AEG CAM 112 AM 112MU 4RI
4. Tachometer ( 2 buah )
5. Kabel Penghubung
6. Multimeter (4 buah)
3.4 Rangkaian dan Prosedur Percobaan
3.4.1 Percobaan Dengan Metode Flux Magnet
Rangkaian Percobaan Tanpa Beban
Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode
Flux Magnet Tanpa Beban
Prosedur Percobaan Tanpa Beban
1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.1
2. Switch on PTAC
3. Atur besar nilai tegangan terminal ( Vt) secara perlahan hingga 200 volt
4. Catat nilai arus jangkar, arus jala-jala, arus medan shunt, dan putaran
motor pada setiap nilai tahanan mulai dari 20 hingga 200.
5. Turunkan nilai tegangan terminal hingga nol perlahan lahan lalu switch off
autotrafo.
Rangkaian Percobaan Tanpa Beban
Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode
Flux Magnet Berbeban
Prosedur Percobaan Tanpa Beban
1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.2
2. Switch on PTAC
3. Atur besar nilai tegangan terminal ( Vt) secara perlahan hingga 200 volt
4. Catat nilai arus jangkar, arus jala-jala, arus medan shunt, dan putaran
motor pada setiap nilai tahanan mulai dari 20 hingga 200.
5. Turunkan nilai tegangan terminal hingga nol perlahan lahan lalu switch off
autotrafo.
3.4.2 Percobaan Dengan Metode Ward Leonard
Rangkaian Percobaan
Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode
Ward Leonard
Prosedur Percobaan Tanpa Beban
1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.3
2. Switch on PTAC
3. Atur nilai tegangan ( Vac ) = 220 volt
4. Switch on PTDC
5. Catat nilai arus jangkar, arus medan, arus jala-jala dan putaran motor pada
nilai tegangan ( Vdc ) mulai dari 15 volt hingga 150.
6. Turunkan secara perlahan nilai tegangan ( Vdc ) hingga nol.
7. Switch off PTDC
8. Turunkan secara perlahan nilai tegangan ( Vac ) hingga nol.
9. Swich off autotrafo.
3.5 Variabel Yang Diamati
3.5.1 Variabel Dengan Metode Flux Magnet
1. Nilai arus jangkar (Ia)
2. Nilai arus jala-jala (IL)
3. Nilai arus shunt (Ish)
4. Putaran motor
3.5.2 Variabel Dengan Metode Ward Leonard
1. Nilai arus jangkar (Ia)
2. Nilai arus jala-jala(IL)
3.Arus frekuensi (If)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum
Untuk mengetahui bagaimana pengaturan kecepatan dengan metode
pengaturan flux magnet dan metode ward leonard pada motor dc shunt, maka
perlu dilakukan suatu percobaan ataupun pengujian. Dengan mengetahui
bagaimana pengaturan masing masing metode berjalan, maka dari hasil yang
didapatkan dapat dibandingkan pengaturan manakah yang paling baik dengan
menjadikan efisiensi sebagai tolak ukur pada masing masing metode pengaturan.
4.2 Data Percobaan
Pada penelitian ini, penulis melakukan percobaan di Laboratorium
Konversi Energi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Data yang
diperoleh dari percobaan tersebut adalah sebagai berikut dan ditampilkan juga
pada lampiran.
4.2.1 Pengaturan Kecepatan Dengan Metode Flux Magnet
Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Flux Magnet Pada
Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Flux Magnet Pada
R1 Ia Ish IL N
4.2.2 Pengaturan Kecepatan Dengan Metode Flux Ward Leonard
Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Ward Leonard
4.3 Analisis Data
Dari data percobaan diatas, maka dapat dilakukan analisis perhitungan
sebagai berikut :
4.3.1 Pengaturan Kecepatan dengan Metode Flux Magnet
Untuk dapat menentukan nilai rugi rugi pada motor, maka harus dilakukan
pengujian pada motor yang tak berbeban, sedangkan untuk menentukan nilai
efisiensi maka harus dilakukan pengujian pada motor dengan kondisi berbeban.
Percobaan kondisi tak berbeban
Daya masukan pada kondisi tak berbeban ditentukan dengan formula :
P(in) = Vt x IL
Pada kondisi tak berbeban, daya masukan berfungsi untuk melayani rugi
rugi yang terdapat pada motor, yang diantara adalah sebagai berikut :
-Rugi rugi tembaga
Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi yang terdapat pada kumparan jangkar
dan kumparan medan shunt. Rugi-rugi tembaga ditentukan dengan formula
sebagai berikut :
P(cu-total)o= ( Ia )2 x Ra + ( Ish )2 x Rsh
-Rugi-rugi konstan
Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi besi dan rugi-rugi angin. Rugi-rugi
Pkonstan= (Pin)o– (Pcu-total)o
Percobaan kondisi berbeban
Daya masukan pada kondisi berbeban dapat ditentukan dengan formula
sebagai berikut :
Pin= Vt x IL
Pada kondisi ini, daya masukan berfungsi untuk melayani beban serta
rugi-rugi pada motor, yang diantara sebagai berikut:
− Rugi-rugi tembaga :
P(cu-total) = ( Ia )2 x Ra + ( Ish )2 x Rsh
− Rugi-rugi total.
Rugi-rugi total adalah akumulasi besarnya nilai rugi-rugi tembaga dan
rugi-rugi konstan. Dapat dituliskan dengan formula sebagai berikut :
Σ Rugi-Rugi =Pcu-total + Pkonstan
Sehingga daya yang digunakan untuk melayani beban adalah :
Pout = Pin –Σ Rugi-Rugi
Efisiensi motor dc shunt adalah persen dari besarnya daya yang keluar
dibandingkan dengan besarnya daya yang masuk pada motor, atau dapat
diformulasikan sebagai berikut :
η = PPi x %
Untuk mengetahui nilai torsi pada motor, maka harus ditentukan dulu besar nilai
Ea = Vt – Ia x Ra
Perubahan Fluksi :
CØ = a
Dengan analisis pehitungan seperti di atas berserta data-data yang telah
diperoleh melalui percobaan, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut :
Pada saat R1 = 20
Kondisi tak berbeban
P(in)0 = Vt x IL
P(in)0 = 200 x 1,65
P(in)0 = 330 Watt
P(cu-total)0 = ( Ia )2 x Ra + ( Ish )2 x Rsh
P(cu-total)0 = (1,48)2 x 3,8 + (0,17)2 x 1250
P(cu-total)0 = 44,44
Pkonstan= (Pin)o– (Pcu-total)o
Pkonstan= 330 – 44,44
Pkonstan= 285,55 Watt
Kondisi Berbeban
P(in) = Vt x IL
P(in) = 464 Watt
P(cu-total) = ( Ia )2 x Ra + ( Ish )2 x Rsh
P(cu-total) = (2,15)2 x 3,8 + (0,17)2 x 1250
P(cu-total) = 53,69
Pout = P(in) - P(cu-total) - Pkonstan
Pout = 464 - 53,67 - 284,55
Pout = 124,75 Watt
η = PPi x %
η = , x %
η = 26,88 %
Ea = Vt – Ia x Ra
Ea = 200 – 2,15 x 3,8
Ea = 191,83
CØ = 1911553,83
CØ = 0,1235
Dengan merunut perhitungan di atas, nilai R1 mulai dari 40 hingga 200
ohm dapat ditentukan dengan menggunakan tabel di bawah ini dan perhitungan
Tabel 4.4 Data Hasil Analisis Dengan Metode Flux Magnet
R1(ohm) Ia(Amp) Ish(Amp) IL(Amp) N(rpm) η(%) CØ
20 2,15 0,17 2,32 1553 26,88 0.1235
40 2,19 0,16 2,35 1564 27,30 0.1225
60 2,22 0,16 2,38 1571 27,32 0.1219
80 2,23 0,16 2,39 1579 26,80 0.1212
100 2,26 0,16 2,42 1599 27,21 0.1197
120 2,30 0,15 2,45 1621 28,37 0.1179
140 2,33 0,15 2,48 1636 28,80 0.1168
160 2,35 0,15 2,50 1644 28,92 0.1162
180 2,37 0,14 2,51 1659 29,21 0.1151
200 2,39 0,14 2,53 1675 29,32 0.1139
4.3.2 Pengaturan Kecepatan dengan Metode Ward Leonard
Untuk menentukan besar nilai Torsi pada motor dc shunt, maka
sebelumnya harus terlebih dahulu didapatkan besar nilai perubahan fluks dan
besar nilai ggl motor.
Besar nilai perubahan fluks ditulis dengan formula :
Kemudian, Besar ggl motor ditulis dengan formula :
Ea = Vt- Ia x Ra
Setelah mendapatkan besar nilai perubahan fluks dan ggl motor, maka
besar nilai Torsi pun dapat ditentukan. Besar nilai torsi ditulis dengan formula :
Ta =Ea x Iaπ N
Selanjutnya, dari besar torsi yang telah diketahui, maka daya keluaran motor
dapat ditentukan. Besar daya keluaran motor ditulis dengan formula :
Pout = π N T
Untuk menentukan besar efisiensi suatu motor dc shunt, maka terlebih
dahulu harus diketahui besar nilai daya yang masuk dan besar nilai daya yang
keluar. Besar daya yang masuk pada motor dc shunt adalah sebesar :
Pin = Vt x IL
Setelah nilai daya masuk dan daya keluar didapatkan, maka efisiensi motor dc
shunt pun dapat ditentukan. Efisiensi Motor dc shunt :
η = PPi x %
Dengan analisis pehitungan seperti di atas berserta data-data yang telah
diperoleh melalui percobaan, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut :
CØ= Vt − Ia x Ran
CØ= − , x ,
CØ= 0.019103261
Ea = Vt- Ia x Ra
Ea = 15- 1,32x 0,38
Ea = 14.4984
Ta =Ea x Iaπ N
Ta = x , x . x ,
Ta =0.004141
Pout = π N T
Pout = x , x 0.004141
Pout = 19.13789
Pin = 15 x 1.35
Pin = 20.25
η = PPi x %
η = . . x %
η = 94.50 %
Dengan merunut perhitungan di atas, nilai Vt mulai dari 30 hingga 150
volt dapat ditentukan dengan menggunakan tabel di bawah ini dan untuk
perhitungan lebih terperinci dapat dilihat pada lampiran.
Tabel 4.5 Data Hasil Analisis Dengan Metode Ward Leonard
Vt(V) Ia(A) IL(A) If(A) CØ Ta(Nm) N (rpm) η(%)
15 1,32 1.35 0,03 0.0191 0.0041 736 94.50
30 1,10 1.15 0,05 0.0246 0.0043 1186 94.31
45 1,02 1.09 0,07 0.0352 0.0057 1257 92.77
60 1,04 1.14 0,10 0.0434 0.0072 1365 90.62
75 1,08 1.21 0,13 0.0516 0.0089 1438 88.76
90 1,13 1.28 0,15 0.0596 0.0107 1497 87.86
105 1,19 1.37 0,18 0.0674 0.0128 1545 86.48
120 1,25 1.47 0,22 0.0745 0.0148 1597 84.69
135 1,32 1.57 0,25 0.0815 0.0171 1644 83.76
4.4 Grafik Pengujian
Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara fluksi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode flux magnet :
Gambar 4.1 Grafik Fluksi Vs Putaran
Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara efisiensi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode flux magnet :
Gambar 4.2 Efisiensi Vs Putaran
1480
0.1139 0.1151 0.1162 0.1168 0.1179 0.1197 0.1212 0.1219 0.1225 0.1235
P
26,88 27,30 27,32 26,80 27,21 28,37 28,80 28,92 29,21 29,32
Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara tegangan dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode ward leonard :
Gambar 4.3 Tegangan Vs Putaran
Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara efisiensi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode ward leonard :
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Vs Putaran
0
94.50 94.31 92.77 90.62 88.76 87.86 86.48 84.69 83.76 83.41
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil analisis pada percobaan pengaturan putaran motor dc shunt
dengan metode flux magnet didapat bahwa semakin besar nilai tahanan
yang diuji maka semakin besar nilai efisiensi yang didapat. Pada
percobaan ini, efisiensi terkecil adalah 26,88%, yakni ketika tahanan yang
digunakan sebesar 20 ohm, dan efisiensi terbesar didapat pada pengujian
tahanan sebesar 200 ohm, yakni 29,32%.
2. Dari hasil analisis pada percobaan pengaturan putaran motor dc shunt
dengan metode ward leonard didapat bahwa semakin besar nilai tegangan
yang digunakan maka semakin kecil efisiensi yang didapatkan. Pada
percobaan ini, efisiensi terkecil adalah sebesar 83,41%, yakni ketika nilai
tegangan yang digunakan sebesar 150 vot, dan efisiensi terbesar didapat
pada pengujian tegangan sebesar 15 volt, yakni 94.50%.
3. Dari hasil analisis pada kedua percobaan yang dilakukan, yakni
pengaturan putaran motor dc shunt dengan metode flux magnet dan
metode ward leonard didapat bahwa pengaturan putaran dengan metode
ward leonard memiliki efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan
5.2 Saran
Dari penelitian ini, ada beberapa saran yang diajukan oleh penulis untuk
penelitian selanjutnya, diantaranya :
1. Untuk penulis selanjutnya yang melakukan percobaan di Laboratorium
Konvesi Energi Universitas Sumatera Utara, diharapkan untuk lebih teliti
dalam melakukan percobaan karena kesalahan dalam pengambilan data
sangat memengaruhi tingkat akurasi hasil penelitian.
2. Untuk penelitian selanjutnya dihapakan agar besar nilai tahanan geser
lebih bervariasi untuk dapat mempermudah pengaturan perbandingan yang
dilakukan.
3. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan melakukan variasi
perbandingan metode yang digunakan dalam pengaturan putaran motor dc
shunt.
4. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan mengganti tolak ukur
kinerja motor motor dengan meneliti bagaimana pengaruh besar nilai
