Karakteristik Motor DC Shunt

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK KARAKTERISTIK MOTOR DC SHUNT

Disusun oleh:

Mohammad Fakhri Yusuf (2102321036) Nama anggota kelompok:

Mohamad Bagas Aditya (2102321036) Muhamad 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 Shunt ... 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 Shunt ... 7

4.1.2 Pengukuran Efisiensi Motor DC Shunt ... 7

4.2 Tugas ... 7

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 12

5.1 Kesimpulan ... 12

5.2 Saran ... 12

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor DC Shunt merupakan motor listrik yang penting dalam berbagai aplikasi industri dan komersial karena karakteristik khususnya. Pengamatan dan eksperimen tentang motor ini dapat mengungkap hubungan antara tegangan medan, torsi, dan kecepatan, yang sangat relevan untuk pengendalian motor ini dalam berbagai situasi. Pemahaman yang lebih mendalam tentang karakteristik Motor DC Shunt dapat membantu meningkatkan efisiensi, mengurangi kerusakan motor, dan berkontribusi pada upaya efisiensi energi.

Laporan praktikum ini akan menjelaskan hasil pengamatan yang dilakukan untuk menggambarkan karakteristik Motor DC Shunt dan menjelaskan penerapan praktis dari karakteristik motor ini dalam berbagai aplikasi industri dan teknologi modern. Dengan pemahaman yang lebih baik tentang motor ini, kita dapat mengoptimalkan penggunaannya dalam berbagai aplikasi dan mendukung perkembangan teknologi yang lebih efisien dan berkelanjutan.

1.2 Tujuan Penelitian

Dalam percobaan ini, praktikan diharapkan dapat:

1. Menggambarkan karakteristik motor DC shunt berdasarkan data hasil pengukuran.

2. Mengoperasikan motor DC shunt dengan variasi beban.

3. Mampu menggunakan alat-alat pengukur seperti ampermeter, voltmeter, dan tachometer dalam situasi dengan variasi beban.

1.3 Manfaat Penelitian

Laporan praktikum mengenai karakteristik Motor DC Shunt memiliki manfaat yang signifikan, termasuk pemahaman mendalam tentang cara motor ini bekerja dan bagaimana karakteristiknya dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Para praktikan juga akan memperoleh keterampilan operasional dan penggunaan alat ukur, seperti ampermeter, voltmeter, dan tachometer, yang penting dalam dunia teknik. Selain itu, laporan ini membantu mengoptimalkan penggunaan energi melalui pemahaman yang lebih baik tentang motor DC Shunt, yang pada gilirannya dapat mengurangi biaya operasional. Secara lebih luas, pengetahuan yang diperoleh dari laporan praktikum ini dapat berkontribusi pada pengembangan teknologi yang lebih efisien dan berkelanjutan di berbagai sektor industri.

BAB II DASAR TEORI

2.1 Rangkaian Ekivalen dan Persamaan Matematis

Rangkaian ekivalen dari motor DC shunt terlihat seperti pada Gambar 2.1, di mana belitan medan dihubungkan secara shunt dengan belitan jangkar, dan arus yang ditarik dari luar (IL) sama dengan arus medan shunt (IE) dan arus jangkar (Ia).

Gambar 2.1 Rangkaian ekivalen motor DC shunt

Sesuai dengan judulnya, rangkaian ini menghubungkan belitan medan secara shunt dengan rangkaian jangkarnya. Berdasarkan Hukum Kirchoff, arus yang mengalir pada belitan jangkar akan sama dengan arus yang mengalir pada belitan medan. Oleh karena itu, persamaan matematisnya adalah:

Daya masuk motor dapat dihitung dengan rumus:

Atau,

(1)

(2)

(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 Shunt

Terdapat tiga jenis karakteristik utama pada mesin DC shunt, 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 Shunt

a. Rangkailah sesuai dengan yang tergambar pada Gambar 3.2.

b. Berikan eksitasi If pada generator sesuai ratingnya.

c. Naikkan tegangan masukan motor secara bertahap hingga mencapai 220 V pada generator.

d. Aktifkan beban generator sebesar 100 W dengan mengaktifkan satu saklar, kemudian catat arus dan tegangan masukan motor. Hasil pengukuran dicatat dalam Tabel 4.1.1.

e. Ulangi langkah 4 dengan menambahkan beban pada generator hingga mencapai 600 W, dan catat hasil pengukuran pada Tabel 4.1.1.

B. Pengukuran Efisiensi Motor DC Shunt

a. Berikan eksitasi generator pada nilai yang ditentukan.

b. Naikkan tegangan masukan motor hingga tegangan generator mencapai 220 V dan putaran mencapai 3000 rpm.

c. Aktifkan saklar 1. Jika tegangan turun, tingkatkan eksitasi hingga mencapai 200 V, dan jika putaran turun, naikkan tegangan masukan motor hingga mencapai 3000 rpm. Kemudian catat data hasil pengukuran dalam Tabel 4.1.2.

d. Ulangi langkah 3 hingga beban pada generator mencapai 600 W.

BAB IV

TUGAS DAN ANALISIS DATA

4.1 Data Percobaan

4.1.1 Pengukuran Karakteristik Motor DC Shunt

Tabel 4.1.1 Data pengukuran karakteristik motor

No. Saklar

(Beban) IL (A) V (volt) N (rpm) Ia (A)

1. S0 1.5 360 3000 1.3

2. S1 1.7 360 2996 1.3

3. S1 – 2 1.9 360 2992 1.5

4. S1 – 3 2.2 360 2975 1.7

5. S1 – 4 2.4 360 2964 1.9

6. S1 – 5 2.7 360 2963 2.2

7. S1 – 6 2.95 360 2954 2.4

4.1.2 Pengukuran Efisiensi Motor DC Shunt

Tabel 4.1.2 Data pengukuran menghitung efisiensi motor

No. Saklar (Beban)

IL

(A) V (V)

N (rpm)

Vg (V)

IE

(A) Ia

(A)

Po (W)

Pi (W)

η (%) 1. S1 (100

W) 1.8 360 3000 220 0.41 1.4 637.4 648 98.3 2. S1 – 2

(200 W) 2 357 3000 220 0.4 1.6 700.9 714 98.1 3. S1 – 3

(300 W) 2.2 357 3000 220 0.4 1.8 769.5 785.4 97.9 4. S1 – 4

(400 W) 2.4 363 3000 220 0.42 2 852.2 871.2 97.8 5. S1 – 5

(500 W) 2.8 366 3000 220 0.41 2.1 998.9 1024.8 97.4 6. S1 – 6

(600 W) 2.9 363 3000 220 0.41 2.4 1024.9 1052.7 97.3 Dengan Ra = 3.372 ohm

4.2 Tugas

1. Gambarkan karakteristik seperti yang dijelaskan di atas.

2. Hitung efisiensi motor dan buat kurva efisiensi motor terhadap beban generator.

3. Jelaskan cara memulai motor DC shunt.

4. Sajikan kesimpulan dari percobaan.

Jawab:

1. Motor DC shunt adalah jenis motor DC di mana belitan medan dan belitan jangkar

arus jangkar tidak memiliki nilai yang sama.

Karakteristik motor DC shunt dapat digambarkan sebagai berikut:

 Pada motor DC shunt, nilai torsi berbanding lurus dengan arus medan.

 Untuk tegangan pada motor DC shunt, nilainya berbanding terbalik. Jika tegangan mengecil, maka kecepatan motor juga akan turun.

 Untuk arus jangkar motor DC shunt, nilainya akan berbanding terbalik. Jika arus jangkar mengecil, maka kecepatannya juga akan mengecil.

Gambar 4.2 Karakteristik Motor DC Shunt

Grafik diatas meunjukkan karakteristik motor DC shunt. Akibat arus medan yang stabil, torsi pada motor DC shunt relatif konstan pada berbagai kecepatan

Jika tegangan turun, maka kecepatan motor DC shunt akan turun pula. Hal ini karena adanya penurunan arus medan. Selain itu, torsi juga akan turun apabila nilai tegangan dan arus medan menurun.

Motor DC shunt cocok untuk aplikasi yang menggunakan torsi yang konstan.

Seperti pada pompa, mesin penggiling, dll.

Namun, motor DC shunt juga memiliki beberapa kelemahan, seperti torsi awal yang rendah dibandingkan dengan motor DC seri, serta efisiensi yang lebih rendah dibandingkan dengan motor DC komposit.

2. Efisiensi motor dapat dihitung menggunakan rumus berikut:

Efisiensi (%) = (Daya Output / Daya Input) × 100

Daya Output = N × T / 9.5488 Daya Input = IL × V

Di mana:

N adalah kecepatan motor (rpm) T adalah torsi motor (dalam Nm) IL adalah arus dari jala-jala (Ampere) V adalah tegangan (Volt)

Selanjutnya, kita akan menghitung torsi motor (T) menggunakan rumus:

T = Pm / (2 × π × N / 60) Di mana:

Pm adalah daya mekanis yang dihasilkan oleh motor (dalam Watt)

Dalam hal ini, daya mekanis (Pm) adalah hasil dari daya listrik yang dikonsumsi (Plistrik) dikurangi kerugian daya (Pkerugian) dalam motor:

Pm = Plistrik - Pkerugian Plistrik = IL × V

Pkerugian dapat dihitung menggunakan rumus:

Pkerugian = IL² × Ra

Sekarang, kita dapat menghitung efisiensi motor untuk setiap kasus yang tercantum dalam laporan praktikum:

Tabel 4.2 Data pengukuran lanjutan efisiensi motor

No. Pkerugian Plistrik

(Pi) Pm T Po η (%)

1. 10.92528 648 637.0747 2.0289 637.431 98.36898 2. 13.488 714 700.512 2.23093 700.9038 98.16579 3. 16.32048 785.4 769.0795 2.449298 769.5096 97.97678 4. 19.42272 871.2 851.7773 2.712666 852.2536 97.82526 5. 26.43648 1024.8 998.3635 3.179502 998.9219 97.47481 6. 28.35852 1052.7 1024.341 3.262234 1024.914 97.36053

Lalu, di bawah ini adalah kurva hubungan efisiensi motor terhadap beban generator.

3. Berikut adalah langkah-langkah dalam mengoperasikan motor DC shunt:

a. Pastikan motor terhubung dengan benar, tidak ada kabel yang longgar dan pastikan sumber daya listrik sudah sesuai

b. Beberapa motor DC shunt dilengkapi dengan rem magnetik. Non-aktifkan rem tersebut sebelum menghidupkan motor.

c. Jika motor DC shunt memiliki kemampuan untuk mengatur arah putaran, sesuaikan posisinya dengan kebutuhan sebelum menghidupkannya.

d. Hidupkan sumber daya listrik. Sesuaikan tegangan dan arus sesuai dengan rating motor. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan saklar atau panel kontrol yang sesuai.

e. Motor DC shunt sering dilengkapi dengan pengontrol kecepatan, seperti rheostat. Jika ada, atur kecepatan motor dengan menggunakan pengontrol ini.

f. Putar atau tekan saklar start motor DC shunt untuk menggerakkan jangkar.

Motor akan mulai berputar sesuai dengan arah yang telah diatur.

g. Awasi motor saat dimulai. Pastikan motor berjalan dengan lancar dan tidak ada gejala kerusakan atau masalah operasional lainnya.

h. Kendalikan kecepatan dan arah (jika perlu): Jika motor DC shunt memiliki kemampuan untuk mengatur kecepatan atau arah, gunakan pengontrol yang sesuai untuk mengatur parameter-parameter ini sesuai dengan kebutuhan.

96.800 97.000 97.200 97.400 97.600 97.800 98.000 98.200 98.400 98.600

100 200 300 400 500 600

Efisiensi Motor

Beban

Grafik Hubungan Antara Efisiensi dengan Beban

i. Setelah selesai menggunakan motor, matikan sumber daya listrik dengan aman.

Pastikan motor benar-benar berhenti sebelum melakukan perawatan atau pemeliharaan.

4. Jawaban sudah ada pada Bab 5 tentang kesimpulan dan saran.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

 Berdasarkan pengukuran karakteristik motor DC shunt, terlihat bahwa dengan peningkatan beban generator, arus jala-jala (IL) dan arus jangkar (Ia) juga mengalami peningkatan. Ini sesuai dengan prinsip kerja motor DC shunt, di mana peningkatan beban menyebabkan peningkatan arus untuk menjaga torsi motor.

 Dari percobaan yang dilakukan, dapat diamati bahwa arus medan dan arus jangkar mengalami peningkatan seiring meningkatnya beban. Hal ini agar torsi motor tetap terjaga.

 Nilai kecepatan akan berbanding terbalik dengan beban. Jika beban meningkat maka kecepatan akan menurun.

 Pada pengukuran efisiensi motor DC shunt, efisiensi motor cenderung tinggi, berkisar antara 97.3% hingga 98.3%. Ini menunjukkan bahwa motor DC shunt efisien dalam mengkonversi daya listrik menjadi daya mekanis, bahkan dengan variasi beban generator.

5.2 Saran

 Dalam aplikasi praktis, penting untuk memilih motor DC shunt dengan daya yang sesuai dengan kebutuhan beban generator. Dalam pengukuran ini, efisiensi motor tetap tinggi, tetapi efisiensi mungkin bervariasi untuk motor dengan daya yang berbeda.

 Lebih lanjut, penting untuk memantau suhu motor selama pengoperasian, terutama pada beban generator tinggi. Peningkatan suhu motor dapat mengurangi efisiensi dan memperpendek umur motor.

 Dalam situasi praktis, perlu mempertimbangkan faktor-faktor lain seperti faktor daya, perawatan, dan pengendalian kecepatan motor sesuai dengan kebutuhan aplikasi.

 Pengukuran lebih lanjut dan analisis dapat membantu memahami karakteristik motor dengan lebih baik dan memungkinkan pemilihan dan operasi yang lebih efisien.