ANALISA KARAKTERISTIK PUTARAN-TORSI MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT BERKUTUB BANTU

ANALISA KARAKTERISTIK PUTARAN-TORSI MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT BERKUTUB BANTU (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik)

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S–1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Oleh NANDA MARDIKA NIM : 030402055

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATRA UTARA MEDAN 2008 Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

ANALISA KARAKTERISTIK PUTARAN-TORSI MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT BERKUTUB BANTU (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik)

Oleh : Nanda Mardika NIM : 030402055

Disetujui oleh :

Dosen Pembimbing,

Ir. Sumantri Zulkarnaen NIP : 130 365 321 Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. Nasrul Abdi, MT NIP : 131 459 555 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

2008

KATA PENGANTAR Dengan Nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang

Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah S.W.T dimana atas berkah, karunia dan rahmat-NYA lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul :

“Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu” (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT – USU)

Tugas Akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada : 1. Ayahanda (Alm) Chairuddin Rahim dan Ibunda tercinta Nuriah terima kasih atas do’a dan kasih sayangnya yang tiada terhitung dan empat saudaraku yang selalu jadi tempat berbagi cerita baik, dalam suka maupun duka. 2. Teman teristimewa Budi Pranata yang telah memberi dukungan moril dan spritual serta kasih sayangnya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

3. Bapak. Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FTUSU dan Bapak Ir.Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU 4. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen, selaku dosen wali dan pembimbing penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan sampai menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, selaku kepala laboratorium konversi energi listrik yang telah membantu penulis dalam penyelesaian tugas akhir ini. 6. Teman-teman seperjuangan angkatan 2003 “wak jul ST(sukses yo ke singapore), Opunk ST, Fery ST, Uyak ST, Olo ST, bayam (karena computer yg dirimu rakit ini aq bs ngetik skripsi jadi thanks yg tak teritung la bro), Ane wiswa (makasih ya ne uda kuati nda jalani masa transisi waktu nyelesaikan TA ni), Don Djuan, Ganda, Brian, Pely, Edo, Enno(semngat yo!!), bobby, buhari, hotdes, juni(temen KP awak), teta, emil, maemmaaa (fahmi), Tigor ST, anton ST, andika ST, nora, awin(akur2 ya ma jimi), aan, widi, Qotul, Adit, dwita ST, Tiffani ST, mei ST, Dewi-2 ST (uda pada kerja yo), dan dan teman-teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. 7. Semua Abang-abang senior B’CimEt (makasih bgt la bg), B’ardiansyah, B’farhan, B’royto, B’deni, B’mantox, B’andi dan abang-abang awak yang lain. Serta adek-adek junior yang uda bagi-bagi ilmu kepada penulis. 8. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi para pembacanya. Medan, Maret 2008

Nanda mardika 030402055


ABSTRAK

Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Pada penggunaannya motor yang dipilih harus sesuai dengan kebutuhan, sehingga ekonomis dan efisien. Untuk itu perlu diketahui karakteristik dari motormotor listrik, salah satu tipe motor adalah motor arus searah penguatan shunt. Pada saat motor jalan dalam keadaan berbeban akan timbul reaksi jangkar yang dapat melemahkan fluksi awal sehingga karakteristik mekanik motor berubah. Untuk mengatasi reaksi jangkar ada tiga pendekatan yang dapat dilakukan. Yaitu pergeseran sikat secara terus menerus (tidak dilaksanakan), penggunaan kutub bantu atau interpole, dan yang ketiga dengan belitan kompensasi. Dalam tugas akhir ini akan dibahas cara pendekatan kedua yaitu pengaruh penggunaan kutub bantu atau interpole terhadap karakteristik torsi beban motor arus searah penguatan shunt,khususnya karakteristik putaran-torsi.


DAFTAR ISI

Kata Pengantar.............................................................................................................. i Abstrak........................................................................................................................ iv Daftar Isi.......................................................................................................................v

BAB I. PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang........................................................................................... 1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan................................................................. 2 I.3 Batasan Masalah.........................................................................................3 I.4 Metode Penulisan...................................................................................... 3 I.5 Sistematika Penulisan...............................................................................4

BAB II. MOTOR ARUS SEARAH II.1 Umum…………………………………………………...……………… 6 II.2 Konstruksi Umum Motor Arus Searah..................................................... 6 II.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah........................................................... 15 II.3.1 Teori kaidah tangan kiri fleming............................................. 15 II.3.2 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan.......................................... 19 II.4 Reaksi Jangkar........................................................................................ 21 II.5 Jenis-jenis motor Arus Searah................................................................ 29


BAB

III. KARAKTERISTIK MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT III.1 Pengertian............................................................................................. 36 III.2 Karakteristik Putaran-Arus................................................................... 42 III.3 Karakteristik Torsi-Arus....................................................................... 43 III.4 Karakteristik Putaran-Torsi....................................................................44

BAB IV. ANALISA DAN HASIL PENGUKURAN IV.1 Umum................................................................................................... 46 IV.2 Spesifikasi Peralatan............................................................................. 47 IV.3 Rangkaian Percobaan............................................................................ 48 IV.4 Prosedur Percobaan………………………..………………………… 49 IV.5 Data Percobaan……………………………………..………………... 50 IV.6 Analisa Data............................................................................................51 IV.6.1 Karakteristik Putaran-Torsi untuk motor arus searah penguatan shunt tanpa menggunakan Interpole (kutub Bantu)............... 51 IV.6.2 Karakteristik Putaran-Tosi untuk motor arus searah penguatan shunt dengan menggunakan Interpole (kutub Bantu)............ 54

BAB V. KESIMPULAN........................................................................................ 58 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


BAB I PENDAHULUAN

I.1.

Latar Belakang Motor arus searah adalah sebuah mesin arus searah yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanis.Motor arus searah merupakan salah satu motor listrik yang jarang digunakan untuk aplikasi industri biasa. Hal ini disebabkan karena sistem peralatan listrik yang menggunakan arus bolak-balik. Akan tetapi saat ini untuk aplikasi khusus sudah banyak dipergunakan di industri atau pabrik-pabrik seperti pabrik baja, tambang dan kereta api listrik. Juga dapat dimanfaatkan sebagai tenaga penggerak bagi peralatan-peralatan mekanik lainnya seperti crane, pompa, penggerak kipas angin, blower, penggerak pulley konveyer, lift, eskalator, elevator, traksi, dan lain-lain. Motor arus searah biasanya digunakan terutama untuk melayani beban dengan torsi start yang besar, karakteristik torsi-putaran juga dapat divariasi, dan memiliki efisiensi yang tinggi sehingga lebih unggul bila dibandingkan dengan motor induksi ataupun motor sinkron. Pada penggunaannya motor arus searah ini harus disesuaikan dengan kebutuhan agar ekonomis dan efisien. Untuk itu perlu diketahui karakteristik dari motor arus searah tersebut. Pada motor arus searah suplai daya yang diperoleh berasal dari sumber tegangan listrik arus searah. Dimana sumber tegangan searah ini diberikan kepada rangkaian jangkar dan rangkaian medan dari motor tersebut. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Disaat motor diberi beban, biasanya kurva karakteristik akan menunjukkan fluksi yang berkurang untuk amper-turn medan yang semakin besar karena adanya reaksi jangkar. Untuk mengurangi reaksi jangkar ini ada tiga teknik yang dapat dilakukan yaitu yang pertama melakukan pergeseran sikat, kedua menggunakan kutub bantu, dan yang ketiga adalah belitan kompensasi. Teknik pegeseran sikat sangat tidak efisien dan dapat mengurangi tegangan induksi karena cara ini dilakukan pada motor arus searah yang selalu bergerak pada arah yang sama. Yang umumnya dilakukan adalah dengan kutub bantu dan belitan kompensasi. Pada tugas akhir ini akan dibahas analisis karakteristik putaran-torsi motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu.

I.2

Tujuan dan Manfaat Penulisan .Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Memperlihatkan tentang perubahan karakteristik putaran-torsi motor arus searah penguatan shunt dengan penambahan kutub bantu. 2. Menunjukkan besarnya perubahan torsi putaran yang terjadi akibat perubahan beban yang bervariasi pada motor arus searah shunt dengan atau tanpa kutub bantu.

Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai bahan acuan guna memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang bagaimana perubahan karakteristik putaran-torsi motor arus searah.bila ditambahkan kutub bantu. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga tugas akhir ini dapat menjadi sumbangan dalam Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

memperkaya pengetahuan sehingga akan

dapat menambah referensi kita dalam

memilih motor arus searah yang sesuai kebutuhan.

I.3

Batasan Masalah Agar materi yang dipaparkan dalam tugas akhir ini lebih terarah dan

maksimal, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas. Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah : 1.

Motor yang digunakan adalah motor arus searah penguatan shunt.

2.

Karakteristik motor arus searah yang dibahas hanya karakteristik putaran Vs torsi beban.

3.

Analisis perhitungan berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik.

4. I.4

Motor arus searah dianggap dalam keadaan steady state (mantap).

Metode Penulisan Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan

beberapa metode studi diantaranya : 1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet dan lain-lain 2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU


3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, asisten Lab dan teman-teman sesama mahasiswa.

I.5

Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran tentang Tugas Akhir ini, secara singkat dapat

diuraikan sebagai berikut : BAB I

PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang

masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penuelitian serta sistematika penulisan. BAB II

MOTOR ARUS SEARAH (DC) Dalam bab ini dibicarakan tentang kontruksi umum sebuah motor arus

searah, prinsip kerja motor arus searah, persamaan umum motor arus searah, jenisjenis motor arus searah. BAB III

KARAKTERISTIK MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT Bab ini merupakan tinjauan teori yang menguraikan tentang karakteristik

motor arus searah penguatan shunt. BAB IV

ANALISIS PENGARUH INTERPOLE (KUTUB BANTU) TERHADAP KARAKTERISTIK

PUTARAN-TORSI

BEBAN

MOTOR

ARUS

SEARAH PENGUATAN SHUNT. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Bab ini menunjukkan hasil-hasil eksperimen yang berkenaan dengan karakteristik putaran-torsi pada motor arus searah penguatan shunt berupa data percobaan serta penganalisaannya. BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Hal-hal yang dianggap penting didalam penulisan dirangkumkan sebagai

kesimpulan.


BAB II MOTOR ARUS SEARAH

II.1 Umum Motor arus searah ialah suatu mesin listrik yang berfungsi mengubah energi listrik arus searah (DC) menjadi energi gerak atau energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran rotor. Proses pengkonversian energi listrik menjadi energi mekanik tersebut berlangsung di dalam medan magnet. Penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari sangat jarang untuk aplikasi industri biasa. Hal ini disebabkan sistem peralatan listrik yang menggunakan arus listrik bolak-balik. Akan tetapi untuk aplikasi khusus seperti pabrik baja, tambang dan kereta api listrik penggunaan motor arus searah sangat bermanfaat didalam mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Ini dimungkinkan karena karakteristik torsi-putaran motor arus searah yang dapat diubah –ubah dengan memperbesar atau memperkecil arus yang mengalir pada jangkar menggunakan tahanan. Motor arus searah ini juga memiliki efisiensi yang tinggi sehingga lebih unggul dari motor arus bolak-balik.

II.2 Konstruksi Motor Arus Searah Motor arus searah terdiri dari dua bagian utama yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang berputar (rotor). Yang termasuk stator adalah rangka, komponen magnet dan komponen sikat. Sedangkan yang termasuk rotor adalah jangkar, kumparan jangkar dan komutator. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Secara umum konstruksi motor arus searah adalah seperti gambar berikut :

rangka

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Arus Searah Adapun konstruksi dari motor arus searah terdiri atas : 1. Rangka Rangka motor arus searah secara umum memiliki dua fungsi, yaitu : a. Merupakan sarana pendukung mekanis untuk mesin secara keseluruhan b. Sebagai jalur fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub mesin. Untuk mesin kecil, dimana pertimbangan harga lebih dominan daripada beratnya, biasanya rangka terbuat dari besi tuang, tetapi untuk mesin-mesin besar pada umunya terbuat dari baja tuang atau baja lembaran.

Gambar 2.2 Rangka Motor Arus Searah Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Rangka ini pada bagian dalamnya dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti, selain itu rangka juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi, disamping kuat secara mekanis. 2. Magnet penguat dan kumparan penguat medan Magnet penguat terdiri dari inti kutub dan sepatu kutub (lihat Gambar 2.3). Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah : a. Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bidang lebar, maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet. b. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan penguat atau kumparan medan. Inti kutub terbuat dari lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang. Sepatu kutub dilaminasi dan di baut ke inti kutub. Sedangkan kutub (inti kutub dan sepatu kutub) dibaut atau dikeling ke rangka mesin. Inti Kutub Yang Dilaminasi

Kumparan Penguat (Kumparan Medan) Sepatu Kutub Yang Dilaminasi

Gambar 2.3 Kutub Magnet Motor Arus Searah Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga (berbentuk bulat atau strip/persegi), yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran tertentu (lihat Gambar 2.3) Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

3. Komutator dan sikat Komutator terbuat dari batangan tembaga yang dikeraskan, yang diisolasi dengan bahan sejenis mika. Adapun fungsi komutator ini adalah untuk mengumpulkan arus listrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikannya menjadi arus searah melalui sikat yang disebut dengan komutasi. Sedangkan sikat terbuat dari karbon, grafit , logam grafit, atau campuran karbon-grafit, yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak sikat. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik, dan koefisien gesekan yang rendah untuk mengurangi keausan.

Commutator Lugs

Segmen Tembaga Yang Diisolasi

Ujung Kelem

Gambar 2.4 Konstruksi Komutator dan Sikat


4. Jangkar Jangkar motor arus searah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL induksi. Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar kumparan-kumparan (lilitan jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya GGL induksi yang terbentuk dapat bertambah besar.

Gambar 2.5 Konstruksi Jangkar Motor Arus Searah Seperti halnya inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahan berlapislapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus pusar (eddy current). Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silikon.

5. Kumparan Jangkar Pada motor arus searah, kumparan jangkar berfungsi sebagai tempat timbulnya torsi jangkar. Umumnya kumparan jangkar (rotor) berbentuk seperti permata, seperti pada gambar berikut :


Gambar 2.6 Bentuk Umum Kumparan Jangkar

Adapun jumlah konduktor dalam kumparan jangkar tersebut : Z = 2CN……..…….…………. ..………...........................(2.1) di mana : C = jumlah kumparan pada rotor atau segmen komutator pada rotor N = jumlah lilitan setiap kumparan.

Normalnya bentangan kumparan adalah 1800 listrik, yang berarti ketika sisi kumparan yang satu berada di tengah suatu kutub, sisi lainnya berada di tengah kutub yang berbeda polaritasnya. Sedangkan secara fisik kutub yang ada tidak saling terletak 1800 mekanis. Adapun untuk menentukan hubungan sudut dalam derajat mekanis dan derajat listrik, dapat digunakan formula berikut : θlistrik =

di mana :

p θmekanis ….………..........………................…........(2.2) 2

θlistrik = sudut dalam derajat listrik P

= jumlah kutub

θmekanis = sudut dalam derajat mekanis Kumparan yang membentang 1800 listrik memiliki tegangan yang sama antar sisi-sisinya dan berlawanan arah setiap waktu. Kumparan ini disebut sebagai kumparan kisar penuh (full-pitch coil).


Sedangkan kumparan yang bentangannya kurang dari kisaran kutubnya (1800 listrik) disebut sebagai kumparan kisar fraksi (fractional-pitch coil) atau kumparan tali busur (chorded winding). Adapun hubungan antara kumparan rotor dengan segmen komutatornya terbagi atas 2 macam : 1. Kumparan Progresif (Progressive winding). Adalah kumparan yang sisi belakangnya dihubungkan ke sebuah segmen komutator mendahului kumparan sebelumnya. 2. Kumparan Retrogresif (Retrogressive winding). Adalah kumparan yang sisi belakangnya dihubungkan ke sebuah segmen komutator membelakangi kumparan sebelumnya.

Gambar 2.7 Kumparan Progresif dan Kumparan Retrogresif Sedangkan macam konstruksi kumparan rotor ada 3 macam : 1. Kumparan jerat (lap winding) 2. Kumparan gelombang (wave winding) 3. Kumparan kaki katak (frog-leg winding)

5.1 Kumparan Jerat Konstruksi kumparan jerat/gelung dapat digambarkan sebagai berikut : Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Gambar 2.8 Kumparan Jerat di mana : YK = ± m (tanda + untuk hubungan kumparan progressif dan tanda – untuk kumparan retrogressif)m = kelipatan kumparannya simpleks m= 1, dupleks m = 2, tripleks m = 3, dan seterusnya. YJ = YD – YB.......................................................................(2.3) di mana : YK = kisar komutator (commutator pitch) YJ = kisar resultan/kisar jumlah (resultant pitch) Y = kisar kumparan (pitch of winding) YB = kisar belakang (back pitch) YD = kisar depan (front pitch) Pada kumparan jerat, banyaknya jalur arus pararel adalah sebanyak : a = m.p…………….........................…...……….....………(2.4) Dengan banyaknya jalur arus pada kumparan jerat ini, maka pilihan yang tepat adalah diaplikasikan pada tegangan rendah dan arus tinggi, karena arusnya dapat dibagikan oleh banyaknya jalur arus pararel tersebut. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

5.2 Kumparan Gelombang Kumparan gelombang ini disebut juga sebagai kumparan seri, dan konstruksinya dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.9 Kumparan Gelombang di mana : YJ = YD + YB ……...…….…..…………...…….................(2.5)

YK =

2(C ± 1) …...…..….....................…............…...……(2.6) p

Pada kumparan gelombang, banyaknya jalur arus pararel adalah sebanyak : a = 2m …………………………………….........................(2.7) Pada kumparan jenis ini, karena jalur arusnya lebih sedikit daripada kumparan jerat, maka sikatnya pun lebih sedikit, namun untuk mengurangi besarnya arus yang mengalir pada sikat-sikat yang ada, biasanya ditambahkan sikat-sikat ekstra. Kumparan gelombang ini sangat cocok untuk mesin arus searah bertegangan tinggi, karena jumlah kumparan yang terhubung seri antar segmen komutator memungkinkan tegangan tinggi lebih mudah dibangkitkan dari pada jenis kumparan jerat. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

5.3 Kumparan Kaki Katak Kumparan jenis ini pada dasarnya merupakan perpaduan jenis kumparan jerat dan kumparan gelombang. Kumparan gelombang pada jenis kumparan ini berfungsi sebagai penyama (equalizers) kumparan jeratnya.

Gambar 2.10 Kumparan Kaki Katak atau Kumparan Penyama Mandiri

Adapun banyaknya jalur arus dinyatakan sebagai : a = 2p.mlap ……………....……...…...................…(2.8) di mana : p = jumlah kutub ; mlap = kelipatan kumparan jeratnya.

II.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah Pengoperasian motor arus searah bergantung pada gaya tarik menarik medan magnet. Saat arus mengalir pada kutub medan magnet dari sebuah motor, kumparan medan berubah menjadi elektromagnet.

II.3.1 Teori kaidah tangan kiri fleming


Prinsip dasar dari motor arus searah adalah kalau sebuah kawat berarus diletakkan antara kutub magnet (U – S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat itu. Besarnya gaya tersebut adalah F = B i l Newton .................................................................(2.9) di mana : B = kerapatan fluks magnet dalam satuan Weber i = arus listrik yang mengalir dalam satuan Ampere l = panjang penghantar dalam satuan meter Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan “KAIDAH TANGAN KIRI FLEMING”, yang berbunyi sebagai berikut : apabila tangan kiri terbuka diletakkan di 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, sebagaimana yang ditunjukkan oleh Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Kaidah tangan kiri Fleming


Kalau sebatang kawat terdapat di antara kutub U - S dengan garis-garis gaya yang homogen, sedangkan di dalam kawat ini mengalir arus listrik yang arahnya menjauhi kita, maka di sebelah kanan kawat garis gaya kutub magnet dan garis gaya arus listrik sama arahnya dan di sebelah kiri kawat arahnya berlawanan, sehingga bentuk medan magnet akan berubah seperti Gambar 2.12. Kawat mendapat gaya yang arahnya searah dengan F.

F

Gambar 2.12 Perubahan garis gaya di sekitar kawat berarus Kalau sebuah belitan terletak di dalam medan magnet yang homogen, maka karena kedua sisi belitan itu mempunyai arus yang arahnya berlawanan, sehingga arah gerakan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.13 dan 2.14.


Gambar 2.13 Belitan berarus listrik terletak dalam medan magnet

Gambar 2.14 Arah putaran pada kumparan berarus yang terletak dalam medan magnet

Karena rotor motor arus searah mempunyai kumparan yang banyak, maka gaya yang terjadi pada rotor terus ada, sehingga rotor mendapatkan suatu momen putar yang terus menerus yang mengakibatkan rotor menjadi berputar, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15.


Gambar 2.15 Torsi resultan ditimbulkan oleh gaya-gaya pada masing-masing sisi kumparan

Gambar 2.16 Torsi resultan pada motor berkutub empat.

II.3.2 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Ketika jangkar motor arus searah berputar di bawah pengaruh torsi penggerak, konduktor jangkar bergerak di dalam medan magnet dan akan menghasilkan tegangan induksi di dalamnya seperti halnya pada generator. GGL induksi bekerja pada arah yang berlawanan dengan tegangan terminal V (sesuai Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

dengan bunyi Hukum Lenz) dan dikenal sebagai GGL lawan atau GGL balik Ea. GGL lawan Ea (=PΦZN/60A) biasanya kurang dari tegangan terminal V, meskipun perbedaan ini kecil sekali pada saat motor berjalan di bawah kondisi normal.

Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Shunt Dengan memperhatikan Gambar 2.17, ketika tegangan arus searah sebesar V diberikan pada terminal motor, suatu medan magnet dihasilkan dan konduktor jangkar disuplai dengan arus searah. Dengan demikian, torsi penggerak akan bekerja pada jangkar yang menyebabkan jangkar mulai berputar. Karena jangkar berputar, GGL lawan Ea diinduksikan berlawanan dengan tegangan terminal. Tegangan terminal harus memaksa arus mengalir melalui jangkar melawan GGL lawan Ea. Kerja listrik yang dilakukan untuk mengatasi dan menyebabkan arus mengalir melawan Ea dikonversikan ke dalam energi mekanik yang dibangkitkan di dalam jangkar. Dengan demikian, pengkonversian energi di dalam motor arus searah hanya mungkin jika GGL lawan dihasilkan. Tegangan sebenarnya yang diterima rangkaian jangkar = V – Ea. Jika Ra adalah tahanan rangkaian jangkar, maka Ia =

V − Ea Ra


Karena V dan Ra nilainya selalu tetap, nilai Ea akan menentukan arus yang dipikul oleh motor. Jika kecepatan motor tinggi, maka GGL lawan Ea menjadi besar dan motor akan memikul arus jangkar yang lebih kecil begitu juga sebaliknya. Adanya GGL lawan menjadikan motor arus searah sebagai mesin dengan pengaturan sendiri (self-regulating), yaitu menjadikan motor memikul arus jangkar sesuai dengan yang dibutuhkan untuk membangkitkan torsi beban. Arus jangkar, Ia = (i)

V − Ea ………………………...…..……..…………..(2.10) Ra

Ketika motor berjalan pada kondisi tanpa beban, torsi yang kecil dibutuhkan untuk mengatasi rugi-rugi gesek dan angin. Dengan demikian, arus jangkar Ia juga kecil dan GGL lawan besarnya hampir sama dengan tegangan terminal.

(ii)

Jika motor tiba-tiba dibebani, efek yang pertama sekali dirasakan adalah penurunan kecepatan jangkar. Sehingga kecepatan konduktor jangkar yang bergerak di dalam medan magnet berkurang dan begitu juga dengan GGL lawan Ea. Berkurangnya GGL lawan menyebabkab arus yang besar mengalir melalui jangkar dan arus yang besar ini juga meningkatkan torsi penggerak. Maka, torsi penggerak meningkat seiring dengan menurunnya kecepatan motor. Penurunan kecepatan motor akan berhenti ketika arus jangkar sudah cukup untuk menghasilkan torsi yang dibutuhkan oleh beban.

(iii)

Jika beban motor dikurangi, torsi penggerak sesaat melebihi dari yang dibutuhkan sehingga jangkar mengalami percepatan. Karena kecepatan jangkar meningkat, GGL lawan juga akan meningkat dan menyebabkan arus jangkar Ia berkurang. Motor akan berhenti dari percepatannya jika arus


jangkar sudah cukup untuk menghasilkan torsi yang dibutuhkan oleh beban. Dengan demikian, GGL lawan di dalam motor arus searah mengatur aliran arus jangkar, yang secara otomatis merubah besaran arus jangkar untuk memenuhi kebutuhan beban.

II.3 Reaksi Jangkar Jika kumparan medan (stator) mesin arus searah dihubungkan kecatu daya dan rotor diputar oleh daya mekanis dari sumber eksternal, maka tegangan akan diinduksikan pada konduktor rotor. Tegangan ini akan disearahkan kedalam keluaran arus searah komutator. Kemudian pada saat beban dihubungkan keterminal motor, arus listrik akan mengalir pada kumparan jangkarnya. Aliran arus ini akan mengalir pada kumparan jangkar yang mana akan dihasilkannya medan magnet sendiri, yang akan mempengaruhi (distorsi) fluksi utama. Pengaruh distorsi fluksi utama akibat rotor dibebani disebut reaksi jangkar yang menyebabkan timbulnya dua masalah serius pada motor, yaitu : 1. Pergeseran bidang netral (neutral plane shift) 2. Pelemahan fluksi Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang didalam mesin dimana kecepatan gerak kumparan rotor benar-benar paralel dengan garis garis fluks magnet utama, sehingga GGL induksi pada konduktor rotor sama dengan nol.


ω

ω

S

U

ω

S

U

(a)

(b)

ω

(c)

ω

S

U

S

U

(d)

ω

S

U

(e)

S

U

(f)

Gambar 2.18 Reaksi Jangkar

Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 2.18. pada Gambar 2.18(a) diperlihatkan mesin arus searah dengan dua kutub (Utara dan Selatan), serta bidang netral magnetik. Fluks yang mengalir adalah serba sama (uniform). Kumparan rotor memiliki tegangan dengan arah meninggalkan pembaca untuk sisi Utara, dan menuju pembaca untuk tegangan pada sisi selatan. Bidang netral magnetik berada tegak lurus terhadap tegangan tersebut. Pada Gambar 2.18(b) diperlihatkan jalur garis lurus fluks magnet yang ideal, sedangkan pada Gambar 2.18(c) diperlihatkan jalur garis fluks magnet yang melengkung akibat pengaruh adanya celah udara antara kumparan rotor dan kumparan stator. Pada Gambar 2.18(d) diperlihatkan fluks medan magnet yang timbul akibat motor dihubungkan dengan beban. Kemudian pada Gambar 2.18(e) diperlihatkan interaksi antara fluks medan magnet pada Gambar 2.18(c) dan fluks medan magnet Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

pada Gambar 2.18(d). Sedangkan pada Gambar 2.18(f) diperlihatkan hasil interaksi antara dua fluks medan magnet pada kumparan jangkar, yang mengakibatkan pergeseran bidang netral magnetik. Masalah kedua akibat adanya reaksi jangkar adalah pelemahan fluksi. Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan titik jenuhnya. Pengaruh kejenuhan magnetik pada reduksi fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan bantuan Gambar 2.19 dibawah ini. [ Weber ] [Kurva Kemagetan] ∆ n{ ∆ t{ ∆

n

= [penguatan fluks]

∆

t

= [pelemahan fluks]

Fk = [gaya gerak magnet kutub] Fj = [gaya gerak magnet jangkar] Fk + Fj

Fk – Fj Fk

F [Ampere lilitan]

Gambar 2.19 Kurva Pemagnetan Ketika Terjadi Reaksi Jangkar

Ggm resultan adalah ( Fk − F j ) dimana Fk = ggm medan utama tanpa dipengaruhi reaksi jangkar dan F j = ggm pada jangkar. Untuk F j positif dan negatif dimisalkan dengan adanya pertambahan dan atau pengurangan ggm yang terjadi pada kutub medan sebesar Fk (lihat gambar 2.19).


Untuk lokasi di permukaan kutub dimana gaya gerak magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub, terjadi sedikit penambahan kerapatan fluks ∆φ n . Tetapi pada lokasi permukaan kutub dimana ggm rotor mengeliminir ggm kutub, terdapat penurunan kerapatan fluksi ∆φ1 yang lebih besar : ∆φ n < ∆φ1 , sehingga pejumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang. Hal ini disebut juga efek demagnetisasi reaksi jangkar yang timbul karena adanya saturasi magnetik. Akibat pelemahan fluks ini pada motor arus searah efek yang ditimbulkan menjadi lebih serius, dimana pelemahan fluks akan menyebabkan motor arus searah khususnya motor arus searah paralel akan demikian cepatnya hingga tak terkendali.

Oleh sebab itu, dilakukanlah hal-hal yang dapat mencegah atau mengurangi terjadinya hal diatas. Ada tiga cara yang dapat dilakukan, yaitu : 1. Pergeseran sikat (Brush shifting) 2. Penambahan kutub bantu (interpole) 3. Belitan kompensasi

Ad. 1. Pergeseran sikat (Brush shifting) Ide dasarnya adalah dengan memindahkan sikat seirama dengan perpindahan bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang timbul. Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul oleh mesin sehingga setiap ada perubahan besarnya beban yang dipikul, mak jarak perpindahan bidang netralnya pun Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

berpindah. Sehingga sikat juga harus dirubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat akan memperburuk melemahnya fluks akibat reaksi jangkar mesin, selain dengan metoda ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk bekerja sebagai generator(akan menimbulkan percikan api yang lebih besar), dan sangat tidak ekonomis terutama untuk mesinmesin berukuran kecil. Adapun efek diperburuknya fluks akibat reaksi jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.20, berikut ini.

Bidang netral lama

Bidang netral baru

U

Bidang netral lama

Bidang netral baru

U

S

S

Sikat

Sikat

Arah rotasi motor

Arah rotasi motor

Tresultan

Tresultan

Trotor

Trotor

Tkutub

Tkutub

(a)

(b)

Gambar 2.20 Pelemahan ggm akbat pergeseran bidang Netral


Pada Gambar 2.20(a) diperlihatkan kondisi ketika bidang netral mesin bergeser (lihat Gambar segitiga ggm-nya), sedangkan pada Gambar 2.20(b) terlihat bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat mesin. Akibat pergeseran tersebut (lihat Gambar segitiga ggm-nya), terlihat ggm resultannya melemah sedemikian rupa. Maka dari itu pergeseran sikat ini tidak dilakukan dalam praktek nyata.

Ad. 2. Penambahan kutub bantu (Interpole) Ide dasar dari solusi ini masalah jika nilai tegangan pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi penyearahan dibuat nol, maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sokat mesin tersebut. Untuk itu, kutub-kutub kecil yang disebut kutub komutasi, yang ditempatkan di tengah-tengah diantara kutubkutub utama. Kutub bantu (interpole) ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari kutub bantu (interpole)ini akan dapat mencegah atau mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi. Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotorpun meningkat, besarnya perubahan atau pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang melakukan komutasi. Pada saat itu fluks kutub bantu (interpole) juga meningkat, menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

IA

U

Jangkar

S

VT

+

IA

Gambar 2.21 Kumparan motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu

Ad. 3. Belitan kompensasi (Compensating windings) Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan, rotor belitan ini bertujuan untuk mengurangi penyimpangan yang timbul akibat reaksi jangkar. Fluks yang ditimbulkan oleh reaksi jangkar diimbangi oleh fluks yang ditimbulkan oleh belitan kompensasi yang besarnya sama dan berlawanan. Ketika beban berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu diimbangi oleh belitan kompensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser. Teknik ini memiliki kelemahan karena mahal harganya, juga masih memerlukan kutub bantu (interpole) untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan kompensasi. Karenanya teknik ini tidak digunakan untuk motormotor yang bekerja ekstra berat, dimana pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.


(a)

(b)

(c) Gambar 2.22 Efek belitan kompensasi II.4 Jenis-Jenis Motor Arus Searah Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus searah dapat dibagi atas: 1. Motor arus searah penguat bebas, yaitu bila kumparan penguat magnetnya tidak terhubung dengan kumparan jangkar motor dan masing-masing kumparan disuplai dengan sumber arus serah terpisah. 2. Motor arus searah dengan penguat sendiri, yaitu bila kumparan penguat magnetnya terhubung dengan kumparan jangkar motor secara seri dan atau pararel dan kedua kumparan disuplai dengan sumber arus searah yang sama. Berdasarkan hubungan kumparan penguat magnet terhadap kumparan jangkar, motor arus searah dengan penguat sendiri dapat dibedakan atas : 1.

Motor arus searah penguatan shunt


2.

Motor arus searah penguatan seri

3.

Motor arus searah penguatan kompon panjang

4.

•

Motor arus searah penguatan kompon panjang bantu

•

Motor arus searah penguatan kompon panjang lawan

Motor arus searah penguatan kompon pendek •

Motor arus searah penguatan kompon pendek bantu

•

Motor arus searah penguatan kompon pendek lawan

II.4.1 Motor arus searah penguatan bebas Ia

Vt

If

Ra

Ea

Vf

Gambar. 2.23 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Penguatan Bebas Dari rangkaian diatas, berdasarkan hukum kircoff tentang tegangan diperoleh persamaan: Vt = E a + I a Ra + Vs ………………………...……………(2.11) V f = I f R f ……………………...…………………..…...(2.12)

Dimana :

Vt

= tegangan terminal jangkar motor arus searah (volt)


Ra

= tahanan jangkar (ohm)

If

= arus medan penguatan bebas (ohm)

Vf

= tegangan terminal medan penguatan bebas (volt)

Ra

= tahanan medan penguatan bebas (ohm)

Ea

= gaya gerak listrik motor arus searah (volt)

Vsikat

= jatuh tegangan pada sikat (volt)

Umumnya jatuh tegangan pada sikat relative kecil sehingga besarnya dapat diabaikan. Dan untuk rumas selanjutnya Vsikat diabaikan.

II.4.2 Motor arus searah penguatan shunt Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada gambar dibawah ini:

IL

Ia Ifsh

Vt

Rfsh

Ea

Ra

Gambar. 2.24 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Pada motor arus searah penguatan shunt kumparan medan shuntnya dihubungkan langsung pada terminal sehingga parallel dengan kumparan jangkar. Persamaan-persamaan yang berlaku pada penguatan shunt adalah : Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Vt = E a + I a Ra ………...…..……………………….…….(2.13)

I sh =

Vt Rsh

……………………………..…………...…...(2.14)

I L = I a + I sh …………………………...…..…………......(2.15)

Dimana,

Rsh

= tahanan medan shunt (ohm)

I sh

= arus kumparan medan shunt (ampere)

II.4.3 Motor arus searah penguatan seri

Ia = Ifse

Vt

Rfse

Ea

Ra

Gambar. 2.25 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Penguatan Seri

Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar. Persamaan-persamaan yang berlaku pada penguatan seri diatas adalah : Vt = E a + I a Ra + I s Rs ………………..……...…………..(2.16) Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Karena,

I L = I a = I s ………………………………...……..…......(2.17)

Maka,

Vt = E a + I a ( Ra + Rs ) ………………………….……….(2.18)

Dimana,

Rs

= tahanan medan seri (ohm)

Is

= arus kumparan medan seri (ampere)

IL

= arus dari jala-jala (ampere)

II.4.4 Motor arus searah penguatan kompon panjang Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang adalah: Ia = Ifse

IL Ifsh Vt

Rfsh

Ia = Ifse

IL

Rfse

Ifsh

Ea

(a)

Ra

Vt

Rfsh

Rfse Ea

Ra

(b)

Gambar. 2.26 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang (a) Bantu dan (b) Lawan


Pada motor arus searah penguatan kompon panjang Bantu, polaritas kedua kumparan medannya sama atau dikarenakan kedua arus medannya sama-sama memasuki dot, sehingga fluksi yang dihasilkan saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon panjang lawan, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan atau sesuai dengan aturan dot, salah satu arus medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot. Maka fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi. Persamaan-persamaan yang berlaku pada penguatan kompon panjang diatas adalah : Vt = E a + I a Ra + I s Rs ……………………….....………..(2.19) I L = I a + I s …………………………………….………...(2.20) I s = I a ……………………………………….………….(2.21)

Vt = E a + I a ( Ra + Rs ) ………………………….....……..(2.22)

Maka,

I sh =

Vt …………………………………………….…..(2.23) Rsh

II.4.5 Motor arus searah penguatan kompon pendek Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkarnya dan kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompobn pendek adalah sebagai berikut:


IL = Ifse

Rfse

IL = Ifse

Ia

Rfsh

Ia Ifsh

Ifsh Vt

Rfse

Ea

Vt

Ra

(a)

Rfsh

Ea

Ra

(b)

Gambar. 2.27 Rangkaian Ekivalen Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek (a) Bantu dan (b) Lawan Pada motor arus searah penguatan kompon pendek Bantu, polaritas keduan kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkan saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah kompon pendek lawan, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan, sehingga fluksi yang dihasilkan menjadi saling mengurangi. Persamaan-persamaan yang berlaku pada penguatan kompon pendek diatas adalah : Vt = E a + I a Ra + I s Rs …………………………….……..(2.24) I L = I s = I a + I sh ………………………………...……...(2.25)

I sh =

Vt − I s Rs Rsh

……………………………...……..…..(2.26)


BAB III KARAKTERISTIK MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT

III.1

Pengertian Motor arus searah penguatan shunt adalah tipe motor yang paling umum.

Cara hubungannya sama seperti generator shunt yaitu medan shunt dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan rangkaian jangkar. Tahanan geser medan biasanya dihubungkan seri dengan medan. Motor shunt mempunyai pengaturan kecepatan yang baik dan digolongkan sebagai motor yang memiliki kecepatan konstan walaupun kecepatannya agak berkurang sedikit dengan bertambahnya beban. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Jika beban ditambahkan pada motor shunt, kecepatan motor langsung cenderung menjadi lambat. Ggl-lawan langsung berkurang karena ia bergantung pada kecepatan, dan praktis fluksi medan adalah konstan. Berkurangnya ggl-lawan memungkinkan arus jangkar bertambah, sehingga memberi kopel yang lebih besar untuk beban yang bertambah. Bertambahnya arus jangkar menyebabkan penurunan I a Ra lebih besar yang berarti ggl-lawan tidak kembali pada harga semula tetapi tetap pada harga yang lebih rendah. Hal ini dapat dibuktikan dengan persamaan fundamental

Vt = E + I a Ra ,

karena Vt konstan, jumlah dari ggl-lawan dan penurunan I a Ra harus tetap konstan. Jika I a Ra menjadi lebih besar akibatnya bertambahnya beban, E harus berkurang, sehingga menyebabkan berkurangnya kecepatan. Kecepatan dasar motor shunt adalah kecepatan medan penuh beban penuh. Penyetelan kecepatan yang biasa dilakukan dengan memasukkan tahanan di dalam rangkaian medan dengan menggunakan tahanan geser medan, sehingga melemahkan fluksi medan. Metode pengendalian kecepatan ini memberikan kecepatan yang halus (smooth) dan efisien mulai dari kecepatan dasar sampai kecepatan maksimum yang diatur oleh keterbatasan listrik maupun mekanis dari motor. Fluksi motor arus searah penguatan shunt hampir konstan. Karena kopel motor berbanding lurus dengan arus jangkar, maka T = K Φ I a . Torsi Motor Arus Searah


Yang dimaksud torsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari-jari lingkaran dimana gaya tersebut bekerja. Gambar 19 menunjukkan pada suatu pulley dengan jari-jari r bekerja suatu gaya F Newton yang menyebabkan benda berputar dengan kecepatan n putaran per detik. Torsi = F x r

Newton-meter (N-m).………………....…...……(3.1)

Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada suatu putaran, =Fx2πr

Joule...….……………………...……..............(3.2) F

r

n putaran/detik

Gambar 3.1. Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya Daya yang dibangkitkan, =Fx2πrxn

Joule/detik

= (F x r ) x 2 π n

Joule/detik………..….....….....(3.3)

Jika : 2 π n = kecepatan sudut (ω) dalam rad/detik Fxr

= torsi T

Maka daya yang dibangkitkan = T x ω Joule/detik = T x ω Watt……………....……...……....…....(3.4)


Torsi Jangkar Dari Suatu Motor Arus Searah Di dalam motor DC , setiap konduktor di bagian permukaan jangkar akan mengalami gaya F pada suatu jarak r yang merupakan jari-jari jangkar (Gambar 3.1). Dengan demikian, masing-masing konduktor menghasilkan suatu torsi yang cenderung untuk memutar jangkar. Jumlah seluruh torsi yang dihasilkan oleh konduktor jangkar dikenal dengan torsi jangkar (Ta). Jika pada suatu motor DC : r

= rata-rata jari-jari jangkar dalam meter

l

= panjang efektif masing-masing konduktor dalam meter

Z

= jumlah total konduktor jangkar

i

= arus dalam setiap konduktor = Ia/A dalam ampere

B

= rapat fluks rata-rata dalam Weber/meter2

Φ

= fluks per kutub dalam Weber

P

= jumlah kutub

Maka gaya pada setiap konduktor,

F = B i l Newton

Torsi yang dihasilkan oleh satu konduktor Torsi jangkar total,

=Fxr

Newton-meter

Ta = Z F r

Newton-meter

Ta = Z B i l r

Newton-meter..............(3.5)

Sekarang i = Ia/A, B = Φ/a di mana a adalah luas penampang jalur fluks perkutub pada jari-jari r. Jelasnya,

Maka

a=2πr

Ta = Z x (

l . P

Φ Ia )x( )xlxr a A


=Zx

=

atau

Ia Φ x xlxr 2πr l/P A

Z Φ Ia P 2πA

N-m

Ta = 0,159 Z Φ Ia (

P ) A

N-m ........................(3.6)

Karena Z, P dan A nilainya selalu tetap, maka : Ta ~ Φ Ia Karena itu torsi di dalam motor DC berbanding langsung dengan fluks per kutub dan arus jangkar. Untuk motor DC shunt, besarnya fluks Φ relatif konstan sehingga : Ta ~ Ia. Ekspresi lainnya untuk menyatakan besarnya torsi jangkar yaitu : Ea =

PΦZn ..................................................(3.7) 60 A

PΦZ 60 x Ea = ...................................................(3.8) n A

Dari persamaan di atas diperoleh persamaan untuk Ta yaitu :  60 x Ea  Ta = 0,159 x  x Ia  n 

atau Ta = 9,55 x

Ea Ia n

N-m .........................................(3.9)

Torsi yang dapat dimanfaatkan pada poros motor untuk melakukan usaha yang berguna dikenal dengan torsi poros. Ini dilambangkan dengan Tsh. Torsi total Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

yang dibangkitkan di dalam jangkar motor tidak semuanya dapat digunakan pada poros karena sebagiannya hilang untuk mengatasi rugi-rugi besi dan gesek di dalam motor. Dengan demikian, torsi poros Tsh lebih kecil nilainya dibandingkan torsi jangkar Ta. Selisih Ta – Tsh disebut torsi hilang.

Jelasnya,

Ta – Tsh = 9,55 x

Rugi − rugi besi dan gesek ...............................(3.10) n

Sebagaimana telah dijelaskan di atas bahwa torsi poros merupakan torsi yang akan menghasilkan daya keluaran motor yang berguna. Jika kecepatan motor adalah n rpm, maka Daya keluaran dalam Watt =

2 π n Tsh .......................................(3.11) 60

Daya keluaran dalam Watt 2 π n / 60

Atau

Tsh =

Atau

Tsh = 9,55 x

Daya keluaran dalam Watt n

N-m

N-m.......(3.12)

Putaran Motor Arus Searah Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor DC berlaku persamaan :

Ea = V – IaRa…………………...................….....(3.13)

Karena

Ea =

PΦZn 60 A


Maka

Atau

Atau Tetapi Maka

Atau

PΦZn = V – IaRa………………..…...…….........…..(3.14) 60 A

n =

(V − IaRa ) 60 A Φ

n=K

PZ

(V − IaRa ) Φ

...........................................(3.15)

di mana K =

60 A ................(3.16) PZ

V – IaRa = Ea n

=K

n~

Ea ..........................................................(3.17) Φ

Ea Φ

Dengan demikian di dalam motor DC , kecepatan berbanding lurus dengan GGL balik Ea dan berbanding terbalik dengan fluks per kutub Φ. Umumnya pada setiap motor, torsi dan kecepatan merupakan faktor yang sangat penting. Ketika torsi meningkat, kecepatan motor akan berkurang dan sebaliknya. Telah diketahui bahwa untuk motor DC berlaku : n=K

(V − IaRa ) Φ

=K

Ea Φ

Ta ~ Φ Ia Jika fluks berkurang, dari Persamaan (3.16) di atas, kecepatan motor meningkat tetapi dari Persamaan (3.6), torsi motor berkurang. Hal ini tidak mungkin karena peningkatan kecepatan motor seharusnya hasil dari peningkatan torsi. Tentu saja, memang begitu di dalam kasus ini. Ketika fluks berkurang sedikit, arus jangkar menjadi makin besar. Begitu juga sebaliknya, karena adanya pelemahan medan, torsi meningkat sesaat ke suatu Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

nilai yang cukup tinggi bahkan melebihi torsi beban motor. Kelebihan torsi tersebut menyebabkan motor mengalami percepatan

dan GGL balik juga meningkat.

Kecepatan motor yang stabil akhirnya dicapai ketika GGL balik telah meningkat sampai ke suatu nilai di

mana

arus

jangkar

[Ia = (V – Ea)/Ra]

dapat

membangkitkan torsi yang cukup untuk memikul beban.

III.2

Karakteristik Putaran-arus (n/Ia)

Putaran

motor arus searah

diberikan

dengan

Persamaan

(3.17),

sehingga

diperoleh, n~

E Φ

Fluksi Φ dan GGL lawan Ea di dalam motor DC shunt hampir konstan di bawah kondisi normal. Dengan demikian, kecepatan motor DC shunt selalu konstan walaupun arus jangkar berubah-ubah nilainya. Dengan kata lain, ketika beban bertambah, Ea (= V - IaRa) dan Φ berkurang karena drop tahanan jangkar dan reaksi jangkar. Bagaimanapun, Ea berkurang lebih sedikit daripada Φ sehingga dengan demikian kecepatan motor menurun sedikit dengan pertambahan beban (garis AC) seperti terlihat pada Gambar 3.2 (b).


IL

Ia Ifsh

Vt

Ea

Rfsh

Ra

(a)

(b)

Gambar 3.2 (a) Rangkaian Motor DC Shunt, dan (b) Karakteristik n/Ia

III.3

Karakteristik Torsi-Arus (Ta/Ia) Gambar 3.3(a) menunjukkan rangkaian listrik dari suatu motor DC shunt.

Arus medan Ish besarnya konstan karena kumparan medan langsung terhubung dengan tegangan sumber Vt yang dianggap konstan. Oleh karena itu fluksi di dalam motor shunt hampir dapat dikatakan konstan.

IL

Ia Ifsh

Vt

Ea

Rfsh

(a)

Ra

(b)

Gambar 3.3 (a) Rangkaian Motor DC Shunt, dan (b) Karakteristik Ta/Ia


Telah diketahui bahwa di dalam motor DC, Ta ~ Φ Ia Karena motor beroperasi dari suatu tegangan sumber yang konstan, fluksi Φ juga konstan (dengan mengabaikan reaksi jangkar). Maka, Ta ~ Ia Dengan demikian karakteristik Ta/Ia motor DC shunt merupakan garis lurus yang melalui titik asal seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3 (b). Torsi poros (Tsh) kurang dibandingkan Ta dan ditunjukkan oleh garis putus-putus. Jelas terlihat pada kurva bahwa arus yang sangat besar dibutuhkan untuk menstart beban yang berat. Oleh karena itu, motor DC shunt tidak boleh distart dalam keadaan berbeban berat.

III.4

Karakteristik n/Ta. Suatu kurva diperoleh dengan menggambarkan nilai n dan Ta untuk berbagai

arus jangkar [lihat Gambar 3.4 (b)]. Dapat dilihat bahwa kecepatan agak menurun seiring dengan pertambahan beban.

IL

Ia Ifsh

Vt

Rfsh

(a)

Ea

Ra

(b)

Gambar 3.4 (a) Rangkaian Motor DC Shunt dan Karakteristik n/Ta (b)


Dari Gambar karakteristik putaran-arus dan Gambar karakteristik putaran-torsi dapat ditarik kesimpulan penting (Terlihat jelas dari gambar dibawah ini), yaitu : (i)

Terdapat sedikit penurunan kecepatan motor DC shunt dari kondisi tanpa beban sampai beban penuh. Dengan demikian, dapat dianggap sebagai motor kecepatan konstan.

(ii)

Torsi startnya tidak tinggi karena Ta ~ Ia.

(a)

(b)

Gambar 3.5 Karakteristik n/Ta (a) dan Karakteristik n/Ia


BAB IV ANALISIS PENGARUH INTERPOLE (KUTUB BANTU) TERHADAP KARAKTERISTIK PUTARAN-TORSI BEBAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT

IV. 1 Umum Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran daripada rotor. Seperti yang kita ketahui bahwa berdasarkan sumber arus penguat magnitnya motor arus searah terbagi atas motor arus searah penguatan terpisah dan motor arus searah penguatan sendiri. Sedangkan berdasarkan hubungan lilitan penguat magnit terhadap lilitan jangkar adalah motor arus searah shunt, seri dan kompon (bantu dan lawan).. Motor arus searah penguatan shunt sebenarnya adalah motor arus searah dimana belitan medannya dihubungkan pararel dengan jangkarnya sehingga arus yang melalui belitan medan shunt ini tidak sama dengan arus yang mengalir pada jangkar. Jadi arus pokoknya adalah penjumlahan arus jangkar dan arus medan shunt. Pada saat motor arus searah penguatan shunt diberi beban maka pada kumparan stator akan mengalir arus jangkar. Dan arus ini akan menimbulkan fluksi jangkar yang akan berinteraksi dengan fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan rotor (fluksi utama). Akibatnya akan terjadi perubahan bentuk fluksi utama. Pengaruh reaksi jangkar ini akan menyebabkan adanya percikan bunga api pada sikat-sikat motor. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Percikan ini dikarenakan oleh pergeseran bidang netral magnetik dari motor tersebut (biasanya dalam keadaan normal garis netral magnetic berimpit dengan garis netral geometric). Untuk mengatasi masalah ini maka salah satu caranya adalah dengan menambahkan interpole (kutub Bantu) pada motor arus searah. Pada tulisan ini akan dibahas pengaruh interpole (kutub Bantu) motor arus searah penguatan shunt dengan data-data yang diperoleh dari hasil pengukuran yang dilakukan dilaboratorium konversi energi listrik FT-USU.

IV.2

Jenis-jenis Komponen dan Spesifikasi Peralatan Peralatan yang digunakan pada pengukuran ini :

1. 2 Amperemeter DC digital 2. 1 Voltmeter DC digital 3. 2 Unit Tahanan Rheostat 4. Autotrafo 5. Kabel Penghubung 6. Motor Arus Searah AEG 1.2 Kw 7. Magnetik kontaktor


IV.3

Rangkaian pengujian

IV.3.1 Rangkaian ekivalen motor arus searah shunt tanpa kutub Bantu IL

Ia

If A

Tahanan jangkar Ra

Rrheostat

Vt

A

V

M Torka

Belitan shunt

IV.3.2 Rangkaian ekivalen motor arus searah shunt berkutub Bantu IL

Ia

If

A

Vt

A

Belitan kutub bantu

Rrheostat

V Belitan shunt

Tahanan jangkar Ra

M Torka


VI.4

Prosedur pengujian

VI.4.1 Untuk motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub bantu Prosedur pengambilan data : 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 2. Power Supply dihubungkan ke autotrafo 3. autotrafo diatur sebesar 150 Volt. 4. Pengukuran pertama adalah mencatat arus jangkar ( I a ) dan putaran motor sebelum dibebani. 5. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari 0 ; 0.1 ; 0.2 ; 0.3 ; 0.4 ; 0.5 ; 0.6 ; 0.7 ; 0.8 ; 0.9 (Kg), lalu arus jangkar ( I a ) dan putaran (rpm) dicatat pada setiap penambahan beban. Tegangan pada autotrafo dijaga konstan untuk setiap penambahan beban, dan arus medan ( I f ) diatur konstan dengan mengubah tahanan Rheostat ( RRh ) dan juga tegangan masukan tetap dijaga konstan untuk setiap penambahan beban. 6. Setelah pengambilan data, tegangan autotrafo diturunkan perlahan-lahan hingga minimum.

VI.4.2 Untuk motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu Prosedur pengambilan data : 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 2. Power Supply dihubungkan ke autotrafo 3. autotrafo diatur sebesar 150 Volt. Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

4. Pengukuran pertama adalah mencatat arus jangkar ( I a ) dan putaran motor sebelum dibebani. 5. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari 0 ; 0.1 ; 0.2 ; 0.3 ; 0.4 ; 0.5 ; 0.6 ; 0.7 ; 0.8 ; 0.9, lalu arus jangkar ( I a ) dan putaran (rpm) dicatat pada setiap penambahan beban. Tegangan di autotrafo dijaga konstan untuk setiap penambahan beban, dan arus medan

( I f ) diatur konstan dengan

mengubah tahanan Rheostat ( RRh ) untuk setiap penambahan beban. 6. Setelah pengambilan data, tegangan autotrafo diturunkan perlahan-lahan hingga minimum.

VI.5

Data Pengujian Tabel 1 ini adalah data hasil percobaan motor arus searah tanpa kutub bantu Vt = 150 Volt No

Torsi Beban

Ra = 3.84 Ohm Putaran

(Kg)

(rpm)

Ia (Ampere)

If (Ampere)

1

0

1400

0.62

0.13

2

0.1

1350

1.25

0.13

3

0.2

1345

1.70

0.13

4

0.3

1340

2.39

0.13

5

0.4

1330

2.72

0.13

6

0.5

1310

3.33

0.13

7

0.6

1270

4.35

0.13

8

0.7

1250

4.90

0.13

9

0.8

1230

5.40

0.13


10

0.9

1200

6.29

0.13

Tabel 2 ini adalah data hasil percobaan motor arus searah berkutub bantu Vt = 150 Volt No

Torsi Beban (Kg)

Ra = 3.84 Ohm Putaran

RKB = 0.6 Ohm

(rpm)

Ia (Ampere)

If (Ampere)

1

0

1350

0.59

0.13

2

0.1

1300

1.20

0.13

3

0.2

1250

1.67

0.13

4

0.3

1220

2.10

0.13

5

0.4

1200

2.58

0.13

6

0.5

1150

3.21

0.13

7

0.6

1100

3.63

0.13

8

0.7

1030

3.76

0.13

9

0.8

1010

4.39

0.13

10

0.9

1000

4.57

0.13

VI.6

Analisa Data Dari rangkaian pengujian akan diperoleh rangkaian ekivalen sebagai berikut :

VI.6.1

Untuk motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub bantu.


IL

Ia

If

Tahanan jangkar Ra

Rrheostat

M

Vt = 150 Volt

Torka

Belitan shunt

Dari Gambar diperoleh persamaan : Vt = E a + I a Ra Dimana hubungan antara Torsi dan Putaran adalah : T = K φ Ia Ea = K φ n Sehingga :

n=

Vt − I a Ra Kφ

n=

Vt T Ra − Kφ Kφ 2

n = n0 −

T Ra Kφ2

Dari persamaan diatas didapatlah nilai E a dengan cara : Vt = E a + I a Ra

Untuk data 1

E a = Vt − I a Ra


= 150 – (0,62 . 3.84) = 147,62 Volt Maka :

Ea n 147,62 = 1400 = 0,105

Kφ =

Dengan cara yang sama dihitung data-data berikutnya sehingga hasil yang didapat ada pada table 3 dibawah ini :

Tabel 3 Data Analisa motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub bantu No

Torsi beban (Kg)

Putaran (rpm)

Ea (Volt)

Kφ

1

0

1400

147.62

0.105

2

0.1

1350

145.20

0.107

3

0.2

1345

143.47

0.106

4

0.3

1340

140.82

0.105

5

0.4

1330

139.56

0.105

6

0.5

1310

137.21

0.105

7

0.6

1300

133.29

0.105

8

0.7

1250

131.18

0.105

9

0.8

1230

129.26

0.105


10

VI.6.1

0.9

1200

125.85

0.105

Untuk motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu.

IL

If

Ia

Rrheostat

Vt = 150 Volt Belitan shunt

Tahanan jangkar Ra

M Torka

Dari Gambar diperoleh persamaan : Vt = E a + I a ( Ra + RKB )

Dimana hubungan antara Torsi dan Putaran adalah : T = K φ Ia Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Ea = K φ n Sehingga :

n=

Vt − I a ( Ra + RKB ) Kφ

n=

Vt T ( Ra + RKB ) − Kφ Kφ 2

n = n0 −

T ( Ra + RKB ) Kφ2

Dari persamaan diatas didapatlah nilai E a dengan cara : Vt = E a + I a ( Ra + RKB )

Untuk data 1

E a = Vt − I a ( Ra +RKB ) =150 − 0,59 ( 3,84 + 0,6 ) = 147,59 Volt Maka :

Ea n 147,59 = 1350 = 0,109

Kφ =

Dengan cara yang sama dihitung data-data berikutnya sehingga hasil yang didapat ada pada table 4 dibawah ini :


Tabel 4 Data Analisa motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu No

Torsi beban (Kg)

Putaran (rpm)

Ea (Volt)

Kφ

1

0

1350

147.59

0.109

2

0.1

1300

145.10

0.112

3

0.2

1250

143.19

0.114

4

0.3

1220

141.43

0.115

5

0.4

1200

139.47

0.116

6

0.5

1150

136.90

0.119

7

0.6

1100

135.19

0.123

8

0.7

1030

134.66

0.131

9

0.8

1010

132.09

0.131

10

0.9

1000

131.35

0.131


Dari table diatas dapat dilihat bahwa nilai Kφ motor arus searah penguatan shunt yang menggunakan kutub bantu lebih besar bila dibandingkan dengan

Kφ motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub Bantu. Reaksi jangkar yang terjadi pada motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub Bantu, menyebabkan fluksi utamanya berkurang. Sedangkan pada motor arus searah penguatan shunt berkutub Bantu, reaksi jangkar yang terjadi dapat diatasi sehingga fluksi utama medan tidak berkurang. Kejadian ini dapat mengakibatkan putaran dari motor arus searah penguatan shunt yang berkutub Bantu mengalami penurunan atau dengan kata lain lebih rendah bila dibandingkan dengan putaran motor arus searah penguatan yang tidak menggunakan kutub Bantu. Hal ini dapat kita lihat dari kurva karakteriatik torsi beban vs putaran dibawah ini (dari table 1dan 2).

Kurva Karakteristik Putaran-Torsi

Putaran (rp

1500 1000 500 0 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Torsi (Kg)

Gambar 4.1 Kurva Karakteristik Putaran Vs Torsi


Dari gambar kurva diatas terlihat bahwa kurva karakteristik motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub Bantu lebih tinggi dari motor arus searah penguatan shunt berkutub Bantu. Hal ini dikarenakan oleh adanya fluksi tambahan dari motor arus searah penguatan shunt berkutub Bantu sehingga menguatkan fluksi medan utama saat terjadinya reaksi jangkar dan menyebabkan putaran rotor berkurang. Makanya putaran dari motor arus searah penguatan shunt berkutub Bantu lebih rendah bila dibandingkan dengan putaran motor arus searah tanpa kutub Bantu. BAB V KESIMPULAN

1. Pada motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu nilai Kφ lebih besar daripada nilai Kφ pada motor arus searah penguiatan shunt tanpa kutub bantu, maka putaran motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu lebih rendah daripada motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub bantu. Hal ini dapat dilihat pada kurva karakteristik Putaran Vs Torsi untuk motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu berada di bawah kurva karakteristik motor arus searah penguatan shunt tanpa kutub Bantu. Padahal nilai tegangan terminal dan arus medan dijaga tetap dalam keadan konstan. 2. Reaksi jangkar yang terjadi saat motor arus searah penguatan shunt diberikan beban, fluksi medan utama akan terganggu arahnya oleh fluksi jangkar. Semakin besar beban maka pengaruh reaksi jangkar semakin besar pula. Dengan adanya penambahan kutub bantu maka fluksi medan utamanya tidak


mempengaruhi garis netral magnetic yang berimpit dengan garis netral geometric walaupun ada reaksi jangkar. 3. Karena perimpitan garis netral magnetic dan garis netral geometric maka saat penambahan beban dilakukan tidak akan menimbulkan percikan bunga-bunga api.

DAFTAR PUSTAKA

1. Bimbhra Dr.P.s, “ Electrical Machinery “, Khanna Publisher, New delhi, 1994 2. Chapman Stephen J, “Electric Machinery Fundamentals”, Third Edition Mc Graw

Hill Companies, New York, 1999.

3. Eugene C. Lister, “Mesin dan Rangkaian Listrik”, edisi keenam, Erlangga, Jakarta. 4. Mehta V.K And Mehta Rohit, “Principles of Electic Machines”, S. Chand & Company Ltd, Ram Nagar, New Delhi, 2002. 5. Sen P.C, “Principle of Electric Machines and Power System”, John Willey & Sons Inc, 1989. 6. Soepatah Bambang Drs. Dan Soeparno Drs, “ Mesin Listrik I “, edisi pertama, CV Mutiara, Jakarta 7. Sumanto, “Motor Listrik Arus Bolak – Balik”, Penerbit Andi Offset, Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik), 2008. USU Repository © 2009

Yogyakarta, 1990. 8. Theraja B.L, “A Text Book of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development, New Delhi, 1983.


ANALISA KARAKTERISTIK PUTARAN-TORSI MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT BERKUTUB BANTU

Recommend Documents