LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK KARAKTERISTIK MOTOR DC SERI
Disusun oleh:
Mohammad Fakhri Yusuf (2102321036) Nama anggota kelompok:
Mohamad Bagas Aditya (2102321008) Muhammad Azriel Saefudin (2102321030) Muhammad Firman Kusdanardi (2102321033) Nabila Lufky Khairunisa (2102321002) Nadhia Salsabilla (2102321028)
Dosen lapangan: Ir. Benhur Nainggolan, M.T.
Tanggal praktikum: Selasa, 24 Oktober 2023
TEKNOLOGI REKAYASA KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA DEPOK
2023
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ... ii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 1
1.3 Manfaat Penelitian ... 1
BAB II DASAR TEORI ... 2
2.1 Rangkaian Ekivalen dan Persamaan Matematis ... 2
2.2 Karakteristik Motor DC Seri ... 3
BAB III METODE PENELITIAN ... 5
3.1 Alat dan Bahan ... 5
3.2 Langkah Kerja ... 5
BAB IV TUGAS DAN ANALISIS DATA ... 7
4.1 Data Percobaan ... 7
4.1.1 Pengukuran Karakteristik Motor DC Seri ... 7
4.1.2 Pengukuran Efisiensi Motor DC Seri ... 7
4.2 Tugas ... 7
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 11
5.1 Kesimpulan ... 11
5.2 Saran ... 11
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor DC seri adalah salah satu jenis motor listrik yang memiliki karakteristik unik yang sangat berguna dalam berbagai aplikasi industri dan rumahan. Motor ini memiliki medan magnet dan belitan yang disusun dalam satu rangkaian seri, sehingga menghasilkan torsi awal yang tinggi. Hal ini membuatnya ideal untuk tugas-tugas yang membutuhkan daya awal yang kuat, seperti penggerak mesin industri, kendaraan listrik, dan peralatan pertanian. Namun, motor DC seri juga memiliki beberapa kelemahan, seperti kurangnya kontrol kecepatan yang baik pada kecepatan tinggi dan konsumsi daya yang tinggi. Oleh karena itu, praktikum ini bertujuan untuk memahami karakteristik motor DC seri, melakukan pengukuran torsi, kecepatan, efisiensi, dan faktor daya, sehingga dapat memahami cara mengontrolnya dan menerapkan pengetahuan ini dalam berbagai aplikasi teknik.
Melalui eksperimen praktikum ini, mahasiswa akan dapat mengembangkan pemahaman yang mendalam tentang prinsip dasar motor listrik, khususnya motor DC seri, dan bagaimana karakteristiknya memengaruhi kinerja motor dalam berbagai situasi.
Pengetahuan ini akan memberikan dasar yang kuat untuk perancangan dan penggunaan motor DC seri dalam berbagai aplikasi, serta mendorong pengembangan teknologi motor listrik yang lebih efisien dan berkelanjutan. Dengan demikian, praktikum ini tidak hanya bermanfaat dalam lingkup pendidikan tetapi juga relevan dalam konteks pengembangan teknologi yang mendukung upaya global untuk mengurangi konsumsi energi dan dampak lingkungan.
1.2 Tujuan Penelitian
Dalam percobaan ini, diharapkan praktikan dapat:
1. Menggambarkan karakteristik motor DC seri berdasarkan data hasil pengukuran.
2. Mengoperasikan motor DC seri dengan berbagai variasi beban.
3. Menggunakan alat-alat pengukur, seperti amperemeter, voltmeter, dan tachometer, untuk mengukur berbagai parameter saat variasi beban diterapkan.
1.3 Manfaat Penelitian
Laporan praktikum "Karakteristik Motor DC Seri" akan memberikan manfaat berupa pemahaman mendalam tentang operasi dan karakteristik motor DC seri, keterampilan pengukuran menggunakan alat-alat seperti amperemeter, voltmeter, dan tachometer, kemampuan mengontrol motor DC seri dalam berbagai situasi, serta penerapan pengetahuan ini dalam aplikasi praktis seperti industri dan otomotif. Selain itu, pemahaman ini dapat berkontribusi pada pengembangan teknologi motor listrik yang lebih efisien, yang mendukung upaya untuk mengurangi konsumsi energi dan dampak lingkungan.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Rangkaian Ekivalen dan Persamaan Matematis
Rangkaian ekivalen dari motor DC seri diperlihatkan pada Gambar 2.1. Dari gambar tersebut, terlihat bahwa belitan medan terhubung secara seri dengan belitan jangkar, dan arus yang disuplai dari sumber luar (IL) sama dengan arus medan seri (Is) dan arus jangkar (Ia).
Gambar 2.1 Rangkaian ekivalen motor DC seri
Sesuai dengan judulnya, rangkaian ini menghubungkan belitan medan dan belitan jangkar secara seri. Berdasarkan Hukum Kirchoff, arus yang mengalir melalui belitan jangkar akan sama dengan arus yang mengalir melalui belitan medan. Oleh karena itu, persamaan matematis yang menggambarkan hubungan ini adalah:
Daya masuk motor dapat dihitung dengan rumus:
(1)
(2)
Atau,
(3) Dengan,
Daya mekanik Pm terdiri dari daya pada poros (Psh), daya gesekan bantalan, dan rugi- rugi inti. Dengan demikian, daya bersih pada poros Psh dapat dihitung sebagai berikut:
Torsi jangkar (Ta) dapat dihitung dengan rumus:
Sementara itu, torsi bersih pada poros (Tsh) adalah sebagai berikut:
Tsh adalah torsi bersih rotor yang diperlukan untuk memutar beban.
Efisiensi motor kotor (gross) dapat dihitung dengan rumus:
Efisiensi poros bersih motor dapat dihitung sebagai berikut:
2.2 Karakteristik Motor DC Seri
Terdapat tiga jenis karakteristik utama pada mesin DC seri, yaitu:
Karakteristik Kopel - Ta = f(Ia) - V = Konstan - Ia = I = Variabel
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
Karakteristik Kecepatan - n = f(Ia)
- V = Konstan - Ia = I = Variabel
Karakteristik Mekanis - n = f(Ta)
- V = Konstan - Ia = I = Variabel
Gambar 2.2.1 Karakteristik kopel
Gambar 2.2.2 Karakteristik kecepatan
Gambar 2.2.3 Karakteristik mekanis
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan
Peralatan yang digunakan meliputi:
3 buah Voltmeter
3 buah Amperemeter
1 buah Penyearah 3 fasa
1 buah Tachometer
20 buah Kabel power
30 buah Kabel colok
6 buah Saklar
6 buah Lampu (masing-masing 100 W)
1 buah Multitester
1 buah Trafo Regulator 3 fasa.
3.2 Langkah Kerja
Gambar 3.2 Rangkaian percobaan
A. Pengukuran Karakteristik Motor DC Seri
a. Rangkailah sesuai dengan ilustrasi pada Gambar 3.2.
b. Berikan eksitasi pada generator pada nilai ratingnya.
c. Tingkatkan tegangan masukan motor secara bertahap hingga mencapai 220 V, yang sesuai dengan tegangan generator.
d. Nyalakan beban generator sebesar 100 W dengan mengaktifkan satu saklar, kemudian catat arus dan tegangan masukan motor. Data pengukuran tersebut dicatat dalam Tabel 4.1.1.
e. Ulangi langkah 4 untuk meningkatkan beban generator hingga mencapai 600 W, dan catat hasil pengukuran dalam Tabel 4.1.1.
B. Pengukuran Efisiensi Motor DC Seri
a. Terapkan eksitasi generator pada nilai tertentu.
b. Sesuaikan tegangan masukan motor hingga mencapai 220 V dan putaran mencapai 3000 rpm, sesuai dengan tegangan generator.
c. Aktifkan saklar 1. Jika terjadi penurunan tegangan, tingkatkan eksitasi hingga mencapai 200 V; jika putaran motor menurun, tambahkan tegangan masukan motor hingga putaran mencapai 3000 rpm. Selanjutnya, catat hasil pengukuran dalam Tabel 4.1.2.
d. Ulangi langkah 3 sebanyak yang diperlukan hingga beban generator mencapai 600 W.
BAB IV
TUGAS DAN ANALISIS DATA
4.1 Data Percobaan
4.1.1 Pengukuran Karakteristik Motor DC Seri
Tabel 4.1.1 Data pengukuran karakteristik motor
No. Saklar
(Beban) IL (A) V (volt) N (rpm)
1. S0 0.23 159 3086
2. S1 0.23 159 2833
3. S1 – 2 0.25 156 2647
4. S1 – 3 0.26 156 2549
5. S1 – 4 0.28 156 2460
6. S1 – 5 0.28 153 2336
7. S1 – 6 0.30 153 2231
4.1.2 Pengukuran Efisiensi Motor DC Seri
Tabel 4.1.2 Data pengukuran menghitung efisiensi motor
No. Saklar
(Beban) IL (A) V (volt)
N (rpm)
Vg (volt)
Po (W)
Pi
(W) η (%) 1. S1 (100 W) 0.24 177 3000 220 42.48 52.8 80.45 2. S1 – 2 (200 W) 0.25 180 3000 220 45 55 81.81 3. S1 – 3 (300 W) 0.29 195 3000 220 56.55 63.8 88.63 4. S1 – 4 (400 W) 0.3 210 3000 220 63 66 95.45 5. S1 – 5 (500 W) 0.33 210 3000 220 69.3 72.6 95.45 6. S1 – 6 (600 W) 0.34 234 3000 220 79.56 74.8 106.36
4.2 Tugas
1. Gambarkan karakteristik sebagaimana yang diilustrasikan di atas.
2. Hitung efisiensi motor dan buat kurva efisiensi motor terhadap beban generator.
3. Jelaskan prosedur untuk memulai motor DC seri.
4. Sajikan kesimpulan dari hasil percobaan.
Jawab:
1. Motor DC seri adalah salah satu jenis dari berbagai konfigurasi motor listrik. Dalam motor seri, medan magnet dari medan arus searah atau sejajar dengan medan magnet dari gulungan armatur. Berikut beberapa karakteristik motor seri :
Pada motor seri, kecepatan motor seri bergantung pada beban. Bila beban rendah maka kecepatan akan tinggi, sebaliknya bila beban tinggi maka kecepatan akan rendah.
Torsi pada motor seri terbilang tinggi pada kecepatan rendah, sehingga cocok digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan torsi awal yang kuat seperti traksi kereta api.
Besar tegangan pada motor seri berbanding lurus dengan kecepatan. Bila motor diberi tegangan besar maka kecepatan motor juga akan semakin besar.
Besar arus jangkar pada motor seri berbanding lurus dengan kecepatan. Bila arus jangkar yang diberikan semakin tinggi, maka kecepatan motor juga akan semakin cepat.
Gambar 4.2 Karakteristik Motor DC seri
Grafik krakteristik motor DC seri diatasmenunjukkan bahwa torsi motor akan semakin besar saat kecepatan motor mengecil, hal ini karena arus medan dan arus jangkar memilik nilai yang sama. Sedangkan pada kecepatan tinggi torsi akan mengecil akibat arus jangkar yang dibatasi oleh resistansi jangkar.
2. Untuk menghitung efisiensi motor, dapat digunakan rumus berikut:
Efisiensi (η) = (Daya Output / Daya Input) × 100%
Di mana:
Daya Output adalah daya mekanis yang dihasilkan oleh motor (dalam watt).
Daya Input adalah daya listrik yang masuk ke motor (dalam watt).
Kita dapat menghitung Daya Output (Pout) dan Daya Input (Pin) menggunakan data
Daya Output (Pout) adalah daya mekanis yang dihasilkan oleh motor. Kita bisa menghitungnya menggunakan rumus:
Pout = IL × V
Daya Input (Pin) adalah daya listrik yang masuk ke motor. Daya input dapat dihitung menggunakan rumus:
Pin = IL × Vg
Dengan data yang telah diberikan, Daya Output dan Daya Input dapat dihitung untuk masing-masing kasus (baris) dan kemudian menghitung efisiensinya.
Berikut adalah hasil perhitungan pada kasus 2:
Pout = 0.25 × 180 = 45 W Pin = 220 × 0.25 = 55 W
Efisiensi (η) = (45 / 55) × 100 ≈ 81.81%
Hasil perhitungan efisiensi motor untuk semua kasus terdapat dalam Tabel 4.1.2.
Berikut adalah kurva hubungan efisiensi motor terhadap beban generator.
3. Berikut prosedur pengoperasian motor DC :
a. Pastikan motor dalam kondisi siap pakai, tidak ada kerusakan atau kesalahan apapun.
b. Motor harus dalam keadaan tidak berbeban berat atau beban terlalu tinggi sebelum motor dioperasikan, yang dapat mengakibatkan lonjakan arus yang berlebihan saat motor dihidupkan.
c. Pastikan saklar atau pengontrol motor berada dalam posisi mati (off) sebelum menghidupkan motor.
d. Hidupkan motor dengan mengaktifkan saklar atau pengontrol yang sesuai.
Pastikan prosedur yang digunakan sesuai dengan panduan operasional.
e. Pantau dengan cermat setelah motor dinyalakan, untuk memastikan bahwa motor beroperasi sesuai dengan kebutuhan. Periksa jika terjai sesuatu yang tidak
η (%)
0 20 40 60 80 100 120
100 200 300 400 500 600
Efisiensi Motor
Beban
Grafik Hubungan Antara Efisiensi dengan
Beban
masalah. dan pantau apakah kecepatan dan torsi motor sesuai dengan yang diinginkan.
f. Setelah motor selesai dioperasikan, pastikan untuk mematikannya dengan aman dengan mematikan saklar atau pengontrol. Pastikan motor berhenti sepenuhnya sebelum melanjutkan tindakan lainnya.
4. Jawaban sudah ada pada Bab 5 tentang kesimpulan dan saran.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari data pengukuran karakteristik motor DC seri dan efisiensi motor DC seri yang diberikan, dapat diambil beberapa kesimpulan:
a. Karakteristik Motor DC Seri:
Arus listrik berbanding lurus dengan beban. Apabila beban meningkat maka arus juga akan membesar
Tegangan (V) yang disuplai ke motor relatif konstan, sekitar 153-159 V.
Kecepatan motor berbanding terbalik dengan beban. Dimana semakin besar beban yang diberikan, maka putaran motor akan mengalami penurunan.
Terlihat bahwa karakteristik motor DC seri menggambarkan hubungan yang konsisten antara arus dan beban, sementara tegangan tetap relatif stabil.
b. Efisiensi Motor DC Seri:
Nilai efisiensi motor berbanding lurus dengan beban, dimana semakin besar beban efisiensinya akan semakin besar pula.
Motor mencapai efisiensi tertinggi sekitar 106.36% pada S1-6 (600 W), yang mungkin disebabkan oleh perubahan arus yang lebih kecil dibandingkan dengan peningkatan daya keluaran.
Efisiensi motor di atas 100% pada S1-6 mungkin disebabkan oleh kesalahan pengukuran atau faktor lain yang perlu diperiksa.
5.2 Saran
Dalam eksperimen atau pengukuran berikutnya, pastikan untuk memverifikasi dan kalibrasi alat pengukuran dengan benar untuk menghindari kesalahan pengukuran yang mungkin terjadi.
Lebih lanjut, untuk menghindari efisiensi motor yang tampaknya melebihi 100%, perlu dilakukan pemeriksaan lebih lanjut terhadap kondisi dan parameter motor.
Efisiensi motor seharusnya tidak melebihi 100% dalam kasus yang benar.
Penelitian lebih lanjut mungkin diperlukan untuk memahami penyebab efisiensi motor yang sangat tinggi pada S1-6 dan mengonfirmasi hasil pengukuran tersebut.
Eksperimen serupa dapat dilakukan dengan variasi kecepatan motor atau kontrol kecepatan untuk memahami karakteristik dan efisiensi motor seri dalam kondisi yang berbeda.
