MESIN ARUS SEARAH
PENGATURAN MOTOR ARUS SEARAH
BERBASIS POTENSIOMETER
Disusun Oleh :
1. Muhammad Aji Burhanuddin
21060115060030
2. N Ronaa Qoonitah
21060115060031
3. Amanda Dea Ajeng Febyani
21060115060032
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI
SEKOLAH VOKASI
Kata Pengantar
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan makalah tentang Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Potensiometer ini dengan baik meskipun banyak kekurangan didalamnya. Dan juga kami berterima kasih pada Bapak Priyo Sasmoko selaku Dosen mata kuliah Mesin Arus Searah yang telah
memberikan tugas ini kepada kami.
Kami sangat berharap makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita . Kami juga menyadari sepenuhnya bahwa di dalam makalah ini terdapat kekurangan dan jauh dari kata sempurna. Oleh sebab itu, kami berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan makalah yang telah kami buat di masa yang akan datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa
saran yang membangun.
Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya. Sekiranya laporan yang telah disusun ini dapat berguna bagi kami sendiri maupun orang yang membacanya. Sebelumnya kami mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang kurang berkenan dan kami memohon kritik dan saran yang membangun dari Anda demi perbaikan makalah ini di waktu yang akan datang.
Semarang, 29 November 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI ii
BAB I. PENDAHULUAN 1
A. Latar Belakang... 1
B. Rumusan Masalah 1
C. Tujuan Penulisan 2
BAB II. PEMBAHASAN 3
A. Pengertian Motor Arus Searah 3
B. Komponen Motor DC 4
C. Pengelompokkan Motor DC 5
D. Prinsip Kerja Motor DC 7
E. Pengaturan Motor DC Berbasis Potensiomete...11
F. Cara Kerja Pengaturan Motor DC Berbasis Potensiometer...13
BAB 3. PENUTUP 17
A. Kesimpuan 17
B. Saran 17
DAFTAR PUSTAKA 18
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Motor arus searah ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah (DC) menjadi tenaga atau tenaga mekanis di mana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor. Dalam kehidupn kita sehari-hari motor arus searah dapat kita lihat pada starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak-anak dan sebagainya. Sedangkan pada pabrik-pabrik motor arus-searah kita jumpai pada elevator, conveyer, dan sebagainya.
Antara motor arus-searah dan generator arus-searah tak ada perbedaan konstruksi. Pada prinsipnya motor arus-searah “dapat dipakai” sebagai generator searah sebaliknya generator searah ”dapat dipakai” sebagai motor arus-searah. Dengan sendirinya generator arus-searah yang dimaksudkan diatas bukanlah generator arus-searah yang penyearah (reachtifer)nya penyearah silicon/dioda, tetapi dengan penyearah mekanis (komutator). Generator arus-searah yang berdasarkan prinsip generator arus-searah yang dilengkapi rangkaian penyearah silicon/dioda tidak dapat dioperasikan sebagai motor arus-searah.
Salah satu masalah yang banyak dialami oleh pengguna motor DC adalah sulitnya mengatur kecepatan putaran. Pengguna hanya bisa mengatur putaran motor DC hanya dengan mengganti nilai input tegangannya saja. Padahal ada cara yang lebih mudah, yakni dengan menggunakan bantuan potensiometer.
2. Rumusan Masalah
a. Apa yang dimaksud dengan Motor DC?
b. Apa saja komponen yang terdapat dalam Motor DC?
c. Bagaimana pengelompokan Motor DC?
d. Bagaimana prinsip kerja Motor DC?
e. Bagaimana cara mengatur kecepatan Motor DC dengan Potensiometer?
3. Tujuan Penulisan
1. Mahasiswa dapat mengetahui pengertian motor arus searah 2. Mahasiswa dapat mengetahui komponen motor arus searah 3. Mahasiswa dapat mengetahui pengelompokan motor arus searah
4. Mahasiswa dapat mengetahui prinsip dasar dan prinsip kerja motor arus searah 5. Mahasiswa dapat mengetahui pengaturan kecepatan motor dc menggunakan
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Motor Arus Searah
Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC.
Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan otomotif.
Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari komutator, yaitu sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini dimaksudkan agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan api. Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh terminal kumparan rotor di bawah
kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada satu sumber arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan adanya fluks stator dan arus rotor akan menghasilkan satu gaya F bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya Lorentz. Arah F menghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari sumber suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar secara kontinyu.
B. Komponen Motor DC
Komponen-komponen yang terdapat pada motor DC yaitu:
1. Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
2. Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.
3. Komutator
C. Pengelompokkan Motor DC
Berdasarkan penguatannya, motor arus searah dapat diklasifikasi-kan menjadi motor DC penguatan terpisah dan penguatan sendiri (self excited). Motor-motor pada masing-masing kelompok memiliki karakteristik kecepatan-torsi yang berbeda.
1. Motor DC magnet permanen
Kumparan medan berupa magnet permanen, sehingga medan magnet yang dihasilkan berupa fluks magnetik konstan. Oleh karena fluks magnetik konstan, maka arus medan yang dihasilkan juga konstan.
2. Motor DC penguat terpisah
Kumparan medan dibentuk dari sejumlah besar kumparan dengan penampang kawat yang kecil. Kumparan medan tipe ini dirancang untuk tahan bekerja dengan tegangan nominal motor. Arus medan dan arus jangkar dipasok dari sumber yang berbeda.
3. Motor DC shunt / parallel
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang). Oleh karena itu, motor DC jenis ini
cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
3.1 Karakteristik Motor DC Shunt
4. Motor DC seri
5. Motor DC kompon/campuran
Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri dan
shunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki torsi penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yangdapat ditangani.
C.3 Karakteristik Motor DC Kompon
D. Prinsip Kerja Motor DC
Motor arus searah bekerja berdasarkan interaksi antara medan magnit yang dihasilkan kutub-kutub magnit dengan medan magnit yang dihasilkan arus jangkar. Dari percobaan Oerstedt diketahui bahwa disekitar konduktor yang dialiri arus listrik, terdapat medan magnit. Dari percobaan Maxwell diketahui bahwa jika arus listrik yang mengalir pada konduktor arahnya mendekati kita, maka medan magnit yang terbentuk disekitar konduktor mempunyai arah berlawanan jarum jam. Sebuah motor listrik berfungsi untuk mengubah daya listrik menjadi daya mekanik.
4.1 Gambar skema suatu motor DC
Pada prinsipnya mesin listrik dapat berlaku sebagai motor maupun sebagai generator, perbedaannya hanya terletak pada konversi dayanya. Generator adalah suatu mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya keluar listrik, sebaliknya motor mengubah daya masuk listrik menjadi daya keluar mekanik.
Prinsip dasar motor arus searah adalah berdasarkan hukum Lorentz, yaitu jika sebatang konduktor berarus listrik ditempatkan diantara kutub-kutub magnit (kutub utara dan kutub selatan), maka pada konduktor tersebut akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan konduktor itu. Arah gerak konduktor tersebut ditentukan berdasarkan kaidah tangan kiri Fleming, yaitu jika telapak tangan kiri diletakkan antara kutub utara dan kutub selatan dan garis-garis gaya dari kutub utara menembus telapak tangan kiri ke kutub selatan , maka arah arus listrik pada konduktor dinyatakan searah dengan keempat jari, dan arah gaya pada konduktor itu dinyatakan searah ibu jari seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2
Pada kaedah tangan kiri; Ibu jari menunjukkan besaran gaya (F), jari telunjuk menunjukkan besaran kerapatan medan magnit (B) serta jari tengah menunjukkan besaran arus listrik (I)
Fluks magnit atau garis-garis gaya magnit yang dihasilkan oleh beitan penguat (medan) atau kutub magnit yang arahnya dari kutub utara ke kutub selatan ditunjukkan pada Gambar 4.3 berikut.
4.3 Fluks magnit yang dihasilkan kutub-kutub magnit
Fluks magnit dengan arah melingkar yang dihasilkan arus mengalir pada konduktor jangkar ditunjukkan pada Gambar 4.4 berikut ini.
4.4 Medan magnit yang dihasilkan pada konduktor berarus listrik
kerapatan fluks menjadi berkurang pada bagian bawah konduktor yang berdekatan denggan kutub utara dan pada bagian atas konduktor yang berdekatan dengan kutub selatan. Kerapatan fluks tidak seragam ini menyebabkan konduktor yang berdekatan dengan kutub utara mengalami gaya berarah ke atas, sedangkan konduktor yang berdekatan dengan kutub selatan mengalami gaya berarah ke bawah. Kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang memutar jangkar searah jarum jam.
Besar gaya yang bekerja pada konduktor tersebut dinyatakan dengan :
F = B I ℓ
Dimana :
F = gaya (N)
B = kerapatan fluks magnit (Wb/m2)
I = arus yang mengalir pada konduktor
ℓ = panjang konduktor (m) Berlaku hubungan-hubungan
Gambar 2.4 Konstruksi Dasar Motor DC
Pada saat motor berputar, belitan jangkarnya akan dibangkitkan suatu gaya gerak listrik (GGL) awal yang ditentukan dengan persamaan dibawah ini
Eb = ZN × (P A) Voltɸ
Dari persamaan ini dapat diturunkan persamaan kecepatan motor DC yaitu
N = [EB ] × [a PZ]ɸ
Dengan menganggap bahwa ujung-ujung motor dicatu dari suatu sumber tegangan tetap. Pada motor hubungan antara Eb yang dibangkitkan di armatur dengan
tegangan ujung Vt adalah :
Vt – Eb = Ia Ra
Atau
Ia=Vt−Eb
Ra
Dimana Ia sekarang merupakan masukan arus armatur. Tegangan gerak listrik
yang dibangkitkan Ea menjadi lebih kecil dari pada tegangan ujung Vt, arus
armaturnya berlawanan dan momen kakas elektromagnitnya pada arah perputaran armatur.
Jika pada persamaan sebelumnya dikalikan dengan arus yang mengalir jangkar didapatkan :
Vt Ia - Eb Ia = (Ia)2 Ra
Dari persamaan tersebut diperioleh tiga buah komponen yaitu :
Vt = daya listrik masukan jangkar
Eb Ia = daya mekanik yang setara dengan daya listrik yang timbul pada jangkar
(Ia)2 Ra = rugi tembaga pada jangkar
E. Pengaturan Motor DC Berbasis Potensiometer
Penggunaan motor DC dewasa ini sudah sangatlah umum, salah satu kelebihan motor DC adalah relatif gampang didapat dan mudah diatur kecepatan putarnya. Secara umum pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog.
V1
Skema rangkaian pengatur kecepatan motor DC tersebut terbagi dalam 2 buah transistor, suatu potensiometer & dua buah dioda. Transistor di skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC dirangkaian dengan cara darlinton untuk memasimalkan supply arus & tegangan/voltage ke motor DC. Skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC tersebut adalah driver motor DC jenis emitor follower. Skema rangkaian lengkap dari pengatur kecepatan motor DC tersebut bisa di lihat pada gambar dibawah ini.
Skema Pengaturan Kecepatan Motor DC dengan Potensiometer
V1
Dari rangkaian di atas, potensiometer berfungsi sebagai pengatu rtegangan yang masuk. Saat potensiometer dalam kondisi 0% maka nilai tahanan akan menjadi nol, sehingga arus dan tegangan dapat mengalir ke motor dengan maksimal. Dengan begitu, kita dapat mengatur sumber tegangan yang masuk dengan mengubah nilai tahanan potensiometer.
Dari rangkaian di atas, potensiometer berfungsi sebagai pengatur tegangan yang masuk. Dari gambar di atas di peroleh input yang masuk ke motor sebesar 1,221µA dan 0,244 µV. Hampir tidak ada arus listrik yang mengalir ke motor. Jika potensiometer di ubah dalam keadaan 0% maka arus dan tegangan listrik dapat mengalir melalui potensiometer diteruskan menuju ke motor DC dan Rsh.
F. Cara Kerja Pengaturaran Kecepatan Motor DC berbasis Potensiometer
V1
Setelah semua peralatan lengkap untuk di gunakan, kita akan mensimulasikan rangkaian dari skema dengan suatu software Multisim. Berikut hasil dari kami mensimulasikan skema rangkaian tersebut :
Potensiometer dalam kondisi 100%
Pada rangkaian dibawah ini, dapat mengubah besar tegangan dengan memanfaatkan potensiometer untuk mengatur input tegangan, diode sebagai penyearah dan fungsi transistor sebagai saklar.
Ketika input 30V diberikan dalam rangkaian tersebut dan potensiometer dalam keadaan 100%, arus listrik akan menuju ke potensiometer. Sedangkan arus yang mengalir ke transistor dan diode akan tertahan, karena basis transistor memperoleh sedikit tegangan dan arus listrik tidak bias melewati kaki katoda pada dioda.Sehingga motor DC hanya memperoleh tegangan sebesar 0,063 µV dan arus sebesar 0,032 µA. Dan arus yang mengalirke shunt sebesar 0,254nA.
Potensiometer dalam kondisi 50%
V1 5,315A. Dan arus yang mengalirke shunt menjadi 0,043A
Potensiometer dalam kondisi 0%
Jika potensiometer diubah dalam keadaan 0%, maka arus dan tegangan listrik yang mengalir akan maksimal, karena nilai tahanan dalam potensiometer menjadi 0 sehingga arus yang mengalir dari potensiometer ke transistor menjadi penuh membuat transistor mengalirkan arus dan tegangan secara penuh juga seperti rangkaian dibawah ini.
Pada rangkaian diatas, saat posisi potensiometer 0% arus dan tegangan yang diberikan kemesin DC bertambah menjadi 19,509 V dan 9,745A. Dan arus yang mengalirke shunt menjadi 0,078A.
Analisis Data Simulasi
darlinton untuk memasimalkan supply arus dan tegangan/voltage ke motor DC. Skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC tersebut adalah driver motor DC jenis emitor follower. Rangkaian pengatur kecepatan motor DC di atas akan mengatur kecepatan putaran motor DC dari tuas potensiometer VR1 4 KOhm yang berperan untuk memberikan
tegangan/voltage bias basis transistor dengan tipe Q1 2N3020 yg setelah
itu dikonfigurasikan dengan cara darlinton dengan transistor dengan tipe Q2
2N3020 hingga transistor dengan tipe Q2 tersebut On sesuai
tegangan/voltage bias yang didapatkan dari potensiometer dan motor DC memperoleh supply tegangan/voltage lewat transistor Q2.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari hasil percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan/voltage bias basis yang diberikan lewat potensiometer VR1 maka semakin besar pula arus dan
tegangan/voltage yg dialirkan ke motor DC lewat Q2, sehingga makin cepat juga
motor DC di atas ada 2 buah dioda Dioda 1 & Dioda 2 1N4004 yg keduanya berperan sebagai sumber untuk membuat tegangan/voltage induksi dari motor DC.
B. Saran
Menyadari bahwa penulis masih jauh dari kata sempurna, kedepannya penulis akan lebih fokus dan details dalam menjelaskan tentang makalah di atas dengan sumber -sumber yang lebih banyak yang tentunya dapat di pertanggung jawabkan.
DAFTAR PUSTAKA
Cara Membuat Skema Rangkaian Pengatur Kecepatan Motor DC, http://corelita.com/cara-membuat-skema-rangkaian-pengatur-kecepatan-motor-dc/, diakses tanggal 28 November 2016.
Cara Mengatur Kecepatan Putaran Motor DC,
http://belajarelektronika.net/cara-mengatur-kecepatan-putaran-motor-dc/, diakses tanggal 28 November 2016
Motor DC, http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-8-886267064764.pdf. diakses pada tanggal 29 November 2016
Mulyadi arif, Motor Arus Searah, http://ilmukulistrik.blogspot.com/2013/09/motor-arus-searah.html. diakses tanggal 29 November 2016
LAMPIRAN
Kami lampirkan simulasi rangkaian kami, yang kami rangkai menggunakan Software Mulitisim. Berikut kami Screenshot gambar dari Software Multisim :
Skema Rangkaian Pengaturan Motor DC Berbasis Potensiometer dalam Keadaan 100%
