BAB II DASAR TEORI. 2.1 Mesin arus searah Prinsip kerja

BAB II DASAR TEORI 2.1 Mesin arus searah 2.1.1. Prinsip kerja

Motor listrik arus searah merupakan suatu alat yang berfungsi mengubah daya listrik arus searah menjadi daya mekanik. Motor listrik arus searah mempunyai prinsip kerja berdasarkan percobaan Lorents yang menyatakan.“Jika sebatang penghantar listrik yang berarus berada di dalam medan magnet maka pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk suatu gaya”.Gaya yang terbentuk sering dinamakan gaya Lorents. Untuk menentukan arah gaya dapat digunakan kaidah tangan kiri Flemming atau kaidah telapak tangan kiri. Gambar 1 melukiskan konstruksi kaidah tangan kiri Flemming.

Jika ibu jari, jari tengah dan jari telunjuk disusun seperti gambar 1, garis gaya magnet sesuai dengan arah jari telunjuk, arus yang mengalir pada penghantar searah dengan jari tengah maka, gaya yang terbentuk pada kawat penghantar akan searah dengan arah ibu jari. Jika digunakan kaidah telapak tangan kiri, maka didalam menentukan arah gaya dapat dikerjakan sebagai berikut : “Telapak tangan kiri direntangkan sedemikian rupa sehingga ibu jari dengan keempat jari yang lain saling tegak lurus. Jika garis gaya magnet menembus tegak lurus telapak tangan, arah arus sesuai dengan arah keempat jari tangan, maka ibu jari akan menunjukkan arah gaya yang terbentuk pada kawat

Universitas Sumatera Utara

penghantar. Hubungan antara garis gaya magnet, arah arus dan gaya yang terbentuk pada kawat penghantar dapat dilukiskan seperti gambar 2.

Gambar 2. Arah arus dan gaya

Untuk dua buah penghantar yang berarus seperti gambar 3 berada dalam medan magnet maka pada masing-masing kawat akan timbul suatu gaya.

Gambar 3. Gaya dalam medan magnet

Gambar 4. Konstruksi dalam motor arus searah


Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar (l). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar. Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B) maka besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah : F = B . I . l Newton ......................................................... (1) di mana : F = Gaya yang terbentuk pada penghantar (Newton) I = Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) B = Kerapatan fluksi (Weber/m2) l = Panjang konduktor jangkar (m)

2.1.2. Konstruksi Motor Listrik Arus Searah Gambar 5 melukiskan konstruksi bagian yang terpenting dari sebuah motor listrik arus searah kutup dua dan kutub empat. Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua : a. Stator (bagian yang diam) b. Rotor (bagian yang berputar) Untuk bagian yang diam (stator) dalam motor listrik arus searah terdiri atas badan (body), inti kutub magnet dan sikat-sikat. Sedangkan untuk bagian rotornya adalah komutator, jangkar dan lilitan jangkar.


Gambar 5. Konstruksi letak kutub motor arus searah

2.1.3. Bagian-bagian Motor dan Fungsinya a. Badan Motor listrik Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya. Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untuk mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut. Selain papan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempat

ujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar. Ujung-

ujung lilitan jangkar ini tidak langsung dari lilitan jangkar tetapi merupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar yang melalui komutator dan sikatsikat. Dengan adanya kotak hubung akan memudahkan dalam pergantian susunan lilitan penguat magnet dan memudahkan pemeriksaan kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan penguat tanpa membongkar mesin.


b. Inti kutub magnet dan lilitan penguat magnet Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsip elektromagnetis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik sebagai terjadinya proses elektromagnetis. Letak bagian ini dapat di lihat pada gambar 4. c. Sikat-sikat Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutatorkomutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

d. Komutator Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya mempunyai dua bagian yaitu : 1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutator dengan sikat-sikat. 2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.

e. Jangkar Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan. Seperti halnya pada inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (Edy current). Bahan yang digunakan jangkar ini sejenis campuran baja silikon.


Gambar 6 . Konstruksi Jangkar

2.2. Motor dc shunt Motor shunt, motor penguat sendiri di mana lilitan penguat magnetnya dihubungkan paralel dengan lilitan jangkar atau dihubungkan langsung dengan sumber tegangan dari luar. Hal ini dapat di lihat pada gambar 7 dan gambar 8 seperti di bawah ini.

Gambar 7. Motor Shunt

+ IL Vt

Ish Rsh

Ia Ra

+ Ea -

Gambar 8. Rangkaian listrik motor Shunt


Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah: Vt = Ea + ( Ia x Ra ) ....................................................... (2)

I sh

=

Vt R sh

................................................................... (3)

IL = Ia + Ish ............................................................................................................ (4) dimana : Vt

= Tegangan jepit / tegangan masukan ke motor (Volt)

Ea

= Gaya gerak listrik induksi (volt)

Ia

= Arus jangkar (Ampere)

Ra

= Tahanan Jangkar (Ohm)

Ish

= arus kumparan medan shunt (Ampere)

Rsh

= tahanan medan shunt (Ohm)

IL

= arus dari jala – jala (Ampere)

Jika persamaan di atas dikalikan dengan Ia, kita peroleh : Vt Ia = Ea Ia + Ia2Ra ..............................................(5) Persamaan ini dikenal dengan persamaan daya motor DC penguatan shunt. Dimana, Vt Ia

= daya listrik yang diberikan ke jangkar (daya masukan jangkar)

Ea Ia

= daya yang dibangkitkan oleh jangkar (daya keluaran jangkar)

Ia2Ra

= daya listrik yang terbuang di dalam jangkar (rugi tembaga jangkar)


Dengan demikian diketahui bahwa dari keluaran daya masukan jangkar sebagian kecil terbuang sebagai rugi tembaga jangkar (Ia2Ra) dan sebagian lainnya (EaIa) dikonversikan menjadi energi mekanis di dalam jangkar.

2.2.1. Karakteristik Motor Shunt Gambar 9 (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 I sh R sh

Vt

Ra

+ Ea -

-

(a)

(b)

Gambar 9. (a) Rangkaian Motor DC Shunt, dan (b) Karakteristik Ta/Ia

(i) 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 9 (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.

(ii) Karakteristik n/Ia Kecepatan motor DC diberikan dengan Persamaan (9), sehingga diperoleh, n~

E 

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 = (Vt - (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 10 (a).

(iii) Karakteristik n/Ta.

Suatu kurva diperoleh dengan menggambarkan nilai n dan Ta untuk berbagai arus jangkar {lihat Gambar 10 (b)}. Dapat dilihat bahwa kecepatan agak menurun seiring dengan pertambahan beban.

(a)

(b)

Gambar 10. Kurva Karakteristik n/Ia (a) dan Karakteristik n/Ta (b)


Kesimpulan : Berikut dua buah kesimpulan yang penting yang diperoleh dari karakteristik di atas, 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.

2.3. Metode pengaturan kecepatan motor arus searah

Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor DC berlaku persamaan : Ea = Vt – IaRa…………………………..……......(6) PZn …………………………………...(7) 60 A

Dimana

Ea =

Sehingga

PZn = Vt – IaRa………………......…….……(8) 60 A

Atau

n=

Atau

n=K

Tetapi

Vt  IaRa  60 A 

Vt  IaRa  

PZ

.............................................(9)

di mana K =

60 A ...............................(10) PZ

Vt – IaRa = Ea

Maka

n=K

Atau

n~

Ea ....................................................(11) 

Ea 

Dimana : T

= torsi (Newton – meter)

K

= konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor)



= fluksi setiap kutub (Weber)

Ia

= arus jangkar (Ampere)


P

= jumlah kutub

Z

= jumlah konduktor

A

= cabang paralel

Dengan demikian di dalam motor DC , kecepatan berbanding lurus dengan GGL balik Ea dan berbanding terbalik dengan fluks per kutub Φ. Kecepatan motor DC shunt dapat diubah-ubah dengan : 2.3.1. Metode Pengaturan Flux Metode ini didasarkan atas kenyataan bahwa dengan mengubah flux Φ, kecepatan motor (n ~ 1/ Φ) dapat diubah, sehingga metode ini disebut metode pengaturan flux. Di dalam metode ini, tahanan variabel (rheostat) dihubungkan secara seri dengan belitan medan shunt seperti terlihat pada gambar (11a) dibawah ini.

6 (a)

6 (b) Gambar (11)

Rheostat medan shunt menghasilkan arus medan shunt Ish dan juga flux Φ.

Oleh karena itu, kita dapat menaikkan kecepatan motor diatas kecepatan normalnya {lihat gambar (11b)}. Pada umumnya, metode ini mengijinkan untuk menaikkan kecepatan dalam rasio 1 : 3. Apabila kita menaikkan kecepatan hingga diatas rasio tersebut, maka kemungkinan terjadi ketidakstabilan pada motor dan juga komutasi yang buruk. 2.3.2. Metode Pengaturan Tahanan Jangkar 2.3.2.1. Dengan menambahkan tahanan seri pada tahanan jangkar Metode

ini

berdasarkan

bahwa

dengan

mengubah

tegangan

dapat

mempengaruhi besar kecilnya kecepatan motor. Hal ini dilakukan dengan


memasukkan tahanan variabel Rs(tahanan geser yang ) secara seri dengan tahanan jangkar seperti ditunjukkan pada gambar (12a) di bawah ini.

12 (a)

12 (b)

Gambar (12) Dimana :

n ~ Vt – Ia (Ra + Rs) Rs adalah tahanan geser (Ohm)

Dikarenakan terjadinya penurunan tegangan pada tahanan geser, maka GGL balik Ea menjadi berkurang. Ketika n ~ Ea, kecepatan motorpun akan berkurang. Kecepatan maksimum dapat diperoleh ketika Rs = 0. Oleh karena itu, metode ini hanya untuk kecepatan di bawah kecepatan normalnya {lihat gambar (12b)}.

2.3.2.2. Dengan penambahan tahanan Rs yang terhubung terhadap jangkar dan tahanan Rp yang paralel terhadap jangkar. Metode ini merupakan variasi pengaturan kecepatan motor dc dengan metode sebelum nya yaitu penambahan tahanan Rs yang seri terhadap tahanan jangkar hanya saja ada penambahan dengan di paralel kan nya tahanan Rp yang paralel terhadap tahanan jangkar.


2.3.3. Metode Pengaturan Tegangan Dalam metode ini, sumber tegangan supply arus medannya berbeda dengan sumber tegangan supply jangkarnya. Metode ini menghindari kerugian-kerugian dari pengaturan kecepatan yang buruk dan efesiensi yang tidak baik, seperti pada pengaturan tahanan jangkar. Bagaimanapun, metode ini sangat mahal. Oleh karena itu, metode pengaturan kecepatan ini diperbolehkan untuk kapasitas motor yang besar dimana efesiensi motor sangat perlu diperhatikan. Dalam metode ini,

medan shunt motor dihubungkan langsung secara

permanen ke sumber tegangan tertentu, sedangkan jangkar dihubungkan langsung pada beberapa tegangan yang berbeda melalui sebuah switchgear. Dengan cara ini, tegangan yang akan diberikan pada jangkar dapat diubah-ubah. Kecepatan akan sebanding dengan tegangan yang diberikan pada jangkar tersebut. Kecepatan diubahubah dengan sebuah pengaturan medan shunt. 2.4. Rugi - rugi pada motor arus searah.

Kerugian adalah berhubungan dengan selisih antara daya sebenarnya yang diberikan pada mesin dan daya yang diasilkan oleh mesin tersebut.

Input - Output = Rugi-rugi

Rugi-rugi yang terjadi pada mesin listrik seperti halnya generator atau motor terbagi dalam tiga kelompok utama yaitu Rugi tembaga, rugi besi serta rugi gesekan dan celah udara. Semua kerugian ini menghasilkan panas pada beberapa bagian mesin. Hal ini memerlukan daya yang cukup besar yang harus diberikan pada mesin. Rugi-rugi yang terjadi di dalam motor DC dapat dibagi ke dalam lima kategori dasar yaitu : 1. Rugi-Rugi Tembaga (Rugi I2R) 2. Rugi-Rugi Sikat


3. Rugi-Rugi Inti 4. Rugi-Rugi Mekanis 5. Rugi-Rugi Beban Stray 2.4.1. Rugi-Rugi Tembaga (I2R) Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi daya yang terjadi di dalam kumparan medan dan kumparan jangkar motor. Karena kawat tembaga kedua kumparan tersebut memiliki nilai resistansi Rf dan Ra, maka jika mengalir arus DC sebesar If dan Ia akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan : Pa = Ia2Ra……………...………...….……(12) dan Pf = If2Rf………………..…..……....……(13) Di mana :

Pa = rugi tembaga kumparan jangkar Pf = rugi tembaga kumparan medan Ia = arus jangkar

Ra = resistansi jangkar

If = arus medan

Rf = resistansi medan

Besarnya resistansi kumparan medan dan kumparan jangkar dapat diukur langsung dengan ohmmeter atau dengan metode volt-amperemeter. Di mana dalam pengukuran resistansi kumparan medan dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada terminal kumparan medan sedemikian rupa sehingga mengalir arus medan sebesar arus nominalnya. Nilai arus dan tegangan diukur sehingga diperoleh nilai resistansi kumparan medan sebesar Rf = Vfdc/Ifdc. Sedangkan untuk mengukur tahanan jangkar dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada komutator yang berada tepat di bawah sikat-sikat yang polaritasnya berbeda sedemikian rupa sehingga mengalir arus


jangkar sebesar arus beban penuhnya dengan jangkar dalam kondisi ditahan/diblok. Nilai tegangan dan arus diukur sehingga diperoleh nilai resistansi jangkar sebesar Ra = Vadc/Iadc. Namun perlu diperhatikan bahwa di dalam perhitungan rugi-rugi tembaga jangkar, nilai resistansi jangkar yang dimasukkan ke dalam perhitungan biasanya sudah mencakup nilai resistansi sikat dan tahanan kontak sikat. Sehingga dalam pengukuran resistansi jangkar dengan ohmmeter ataupun dengan metode voltamperemeter biasanya tegangan DC diberikan langsung pada terminal jangkar yang ditarik dari sikat-sikatnya. 2.4.2. Rugi-Rugi Sikat Jika kumparan jangkar motor DC dialiri arus listrik DC maka sikat-sikatnya juga akan dialiri arus yang sama. Karena sikat memiliki nilai resistansi sikat dan juga tahanan kontak antara permukaan sikat dengan komutator maka terdapat rugi jatuh tegangan pada sikat yang dinyatakan dengan Vbd. Jatuh tegangan sikat ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar : Pbd = Vbd.Ia……………...……………….(14) Dimana :

Pbd = rugi daya akibat jatuh tegangan sikat

Ia = arus jangkar

Vbd = jatuh tegangan sikat Besarnya nilai jatuh tegangan sikat-sikat pada motor DC hampir konstan dalam rentang arus jangkar yang besar. Dengan demikian, telah dibuat ketetapan untuk jatuh tegangan sikat ini sebagai berikut : Sikat-sikat grafit dan karbon, terpasang paralel…………..1 Volt Sikat-sikat grafit dan karbon, tidak terpasang paralel…….1

Sikat-sikat logam grafit, terpasang paralel…………..…...

1 Volt 2

1 Volt 4


Nilai jatuh tegangan sikat ini dianggap sama untuk setiap arus beban dalam perhitungan efisiensi motor. Selain rugi jatuh tegangan, terdapat juga rugi-rugi sikat yang lain berupa rugirugi gesek antara permukaan sikat dengan komutator. Rugi gesek sikat ini sangat kecil sehingga selalu diabaikan dalam perhitungan rugi-rugi motor DC. Pengalaman telah menunjukkan bahwa dari pengujian gesekan sikat yang dibuat di pabrik sebelum permukaan sikat dan komutator menjadi halus karena pengoperasian mesin yang terus menerus, diperoleh hasil yang bervariasi. Namun dari seluruh hasil pengujian tersebut ditetapkan suatu nilai konvensional gesekan sikat tersebut, yang menunjukkan nilai rata-ratanya sebagai berikut : Tabel 1. Nilai Konvensional Rugi Gesek Sikat Dengan Komutator

Jenis sikat

Watt per kuadrat inchi dari suatu permukaan kontak sikat per 1000 ft per menit pada permukaan luar komutator

Sikat-sikat karbon dan grafit

8 Watt

Sikat-sikat logam grafit

5 Watt

(Sumber : Chester L Dawes, “Electrical Engineering : Direct Current”)

2.4.3. Rugi-Rugi Inti Rugi-rugi inti terjadi di dalam jangkar motor DC yang disebabkan oleh perputaran jangkar di dalam medan magnet kutub-kutubnya. Ada dua jenis rugi-rugi inti yaitu (1) rugi hysteresis dan (2) rugi arus pusar. 2.4.3.1. Rugi Hysteresis Rugi hysteresis terjadi di dalam jangkar mesin DC karena setiap bagian jangkar dipengaruhi oleh pembalikan medan magnetik sebagaimana bagian tersebut lewat di bawah kutub-kutub yang berurut.


Gambar 13. Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub Gambar 13 menunjukkan jangkar yang berputar di dalam motor dua kutub. Dengan menganggap ab sebagai potongan kecil dari jangkar. Ketika potongan ab berada di bawah kutub N, garis-garis magnetik lewat dari a ke b. Setengah perputaran selanjutnya, dari potongan besi yang sama berada di bawah kutub S dan garis-garis magnetik lewat dari b ke a sehingga sifat magnet di dalam besi dibalik. Untuk dapat membalik molekul-molekul magnet secara terus menerus di dalam inti jangkar, sejumlah daya diserap sehingga menyebabkan pemanasan pada inti jangkar. Daya yang diserap dan berubah menjadi panas tersebut dianggap sebagai rugi-rugi di dalam inti jangkar dan disebut sebagai rugi hysteresis Untuk dapat mengurangi rugi-rugi hysteresis ini di dalam motor DC, inti jangkar di buat dari bahan ferromagnetik yang memiliki koefisien hysteresis Steinmentz yang kecil seperti baja silikon. 2.3.4.2. Rugi Arus Pusar Sebagai tambahan terhadap tegangan yang diinduksikan di dalam konduktor jangkar, ada juga tegangan yang diinduksikan di dalam inti jangkar. Tegangan ini menghasilkan arus yang bersirkulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 14. Ini disebut sebagai arus pusar (eddy current) dan daya yang hilang karena alirannya disebut dengan rugi arus pusar.


Rugi arus pusar berlaku sebagai panas yang dapat menaikkan temperatur motor dan menurunkan efisiensinya. Jika suatu inti besi padat digunakan sebagai inti jangkar, resistansi terhadap arus pusar ini akan menjadi kecil karena lebarnya luas penampang inti. Akibatnya, nilai arus pusar dan juga rugi arus pusarnya akan menjadi besar. Besarnya nilai arus pusar dapat dikurangi dengan membuat resistansi inti sebesar mungkin secara praktisnya.

(a)

(b)

Gambar 14. (a) Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat (b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi Resistansi inti dapat ditingkatkan dengan merancang suatu inti yang tipis, berupa lembaran-lembaran besi bulat yang disebut laminasi-laminasi (lihat gambar 15).

Gambar 15. Potongan laminasi inti jangkar Laminasi-laminasi tersebut diisolai antara satu dengan yang lainnya dengan suatu pembungkus varnish. Pembungkusan dengan isolasi ini akan menghasilkan isolasi yang tinggi, sehingga arus yang mengalir dari satu laminasi ke laminasi


lainnya menjadi sangat kecil. Juga, karena setiap laminasi dibuat sangat tipis, resistansi terhadap arus yang mengalir melalui lebar laminasi juga semakin besar.

Dengan demikian, pelaminasian inti dapat meningkatkan resistansi inti yang pada akhirnya akan mengurangi arus pusar dan juga rugi-rugi yang ditimbulkannya.

2.4.4. Rugi-Rugi Mekanis Rugi-rugi mekanis di dalam motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis. Ada dua bentuk dasar rugi-rugi mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan angin. Rugi-rugi gesekan adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara permukaan bagian-bagian yang berputar dengan bagian-bagian yang diam dari motor, diantaranya gesekan bearing atau bantalan peluru dengan rumah bearing atau dengan as rotor. Juga gesekan antara permukaan sikat dengan komutator. Karena adanya suatu nilai koefisien gesek antara permukaan bagian-bagian tersebut, walaupun kecil, diperlukan gaya untuk mengimbangi gaya lawan akibat koefisien gesek tersebut jika ingin menggerakkan rotor motor DC tersebut. Selain itu, panas yang ditimbulkan akibat pergesekan antara permukaan tersebut jika motor berputar juga merupakan rugi-rugi yang perlu dipertimbangkan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk memperkecil rugi-rugi gesek tersebut dengan membuat permukaan sikat yang halus serta penggunaan bearing dengan minyak pendingin yang dipompakan untuk motor DC yang besar. Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing) motor. Baik itu pergesekan antara permukaan rotor dengan udara pada celah udara di


dalam motor ataupun gesekan udara dengan kipas pendingin yang dipasangkan pada rotor di dalam motor. Rugi-rugi angin ini bervariasi tergantung pada kecepatan rotasi motor tersebut. 2.4.5. Rugi-Rugi Beban Stray Rugi-rugi beban stray merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar di dalam tembaga dan rugi-rugi inti tambahan di dalam besi, yang timbul karena pendistorsian fluks magnetik oleh arus beban (tidak termasuk yang disebabkan oleh jatuh tegangan IR) dan rugi-rugi hubung singkat komutasi. Rugi-rugi beban stray ini tidak dapat dikategorikan ke dalam tipe rugi-rugi yang disebutkan di atas. Di dalam perhitungan rugi-rugi motor DC, besarnya rugi-rugi beban stray dinyatakan sebesar ± 1% dari beban penuh.

2.5. Efisiensi motor arus searah Efisiensi biasanya dinyatakan sebagai persentase perbandingan atara output terhadap input. %η=







Daya output mesin lebih kecil dari daya input karena ada kerugian daya. Input = Output + Rugi-rugi atau Output = Input + Rugi-rugi

Dari gambar 16 dapat dilihat bahwa:

Gambar 16. Rugi – rugi pada motor arus searah


2.5.1. Jenis-Jenis Efisiensi Motor Arus Searah

Efisiensi motor DC merupakan perbandingan antara daya keluaran dengan daya masukan yang dinyatakan dalam persen (%) dari motor DC tersebut. Ini dinyatakan dengan persamaan :

Efisiensi, η =

Pout x 100% …...…………………..(15) Pin

dimana, Pin = Daya Masukan Pout = Daya Keluaran Efisiensi yang dinyatakan dalam persamaan di atas disebut pula sebagai efisiensi komersial atau efisiensi keseluruhan. Selain itu dalam motor DC dikenal juga dua macam efisiensi lainnya, yaitu : 1. Efisiensi Mekanis ηm = di mana : Pout

Pout Pkonversi

x 100% ………………...….……(16)

= Tshaft x ω

Pkonversi = Ea x Ia Pkonversi adalah daya yang dibangkitkan pada kumparan jangkar. 2. Efisiensi Elektris ηe =

Pkonversi x 100%.........................................(17) Pin

di mana : Pin = V x IL Dari persamaan-persamaan di atas terlihat bahwa : η = ηm x ηe…………………..…..………...…(18)


2.5.2 Penentuan Efisiensi Motor Arus Searah

Daya masukan yang diterima oleh motor DC berupa daya listrik, sedangkan daya keluaran yang dihasilkannya berupa daya mekanik yaitu gerak rotor, sedangkan selisih antara daya masukan dengan daya keluaran motor disebut rugi-rugi. Dengan demikian, efisiensi suatu motor DC diperoleh dengan :

Efisiensi 

Daya Keluaran x 100% ............................................... (19) Daya Masukan

Karena,

Daya Keluaran = Daya Masukan – Σ Rugi – Rugi ....................... (20)

dan,

Daya Masukan = Daya Keluaran + Σ Rugi – Rugi ....................... (21) Maka, efisiensi motor DC dapat juga ditunjukkan dalam bentuk sebagai

berikut : Efisiensi 

Daya Masukan   Rugi - Rugi ............................... (22) Daya Masukan

Efisiensi 

Daya Keluaran ............................... (23) Daya Keluaran   Rugi - Rugi

Metode yang paling nyata/jelas dalam menentukan efisiensi motor DC adalah membebaninya langsung dan mengukur daya masukan dan keluarannya. Maka kita dapat menggunakan persamaan (21) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Namun metode ini harus memperhatikan tiga hal utama. Pertama, metode ini membutuhkan pembebanan pada motor. Kedua, untuk motor-motor dengan rating daya yang besar, beban-beban yang dibutuhkan tidak mungkin diperoleh. Ketiga, bahkan lebih mustahil untuk memberikan beban yang sedemikian rupa, karena daya yang besar akan terbuang, menjadikan metode ini sangat mahal.


BAB II DASAR TEORI. 2.1 Mesin arus searah Prinsip kerja

Recommend Documents