ANALISA PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC PENGUAT TERPISAH LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan dalam menyelesaiakan program pendidikan diploma III
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK
Oleh PANUSUNAN HARAHAP NIM : 1105051031
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
INTISARI Dalam dunia industri motor arus searah (Motor DC) banyak digunanakan terutama untuk menggerakkan beban yang membutuhkan kecepatan putaran yang relatif konstan. Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dilakukan untuk mendapatkan kecepatan motor sesuai dengan yang diinginkan. Pengaturan kecepatan motor arus searah lebih mudah dibanding motor arus bolak-balik. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguat terpisah dilakukan dengan cara mengatur kecepatan motor melalui belitan medan dan belitan armatur. Dengan mengatur sumber tegangan pada belitan medan dan belitan armatur maka kecepatan yang kita inginkan dapat tercapai. Pada pengaturan motor arus searah penguat terpisah tanpa beban jika arus eksitasi semakin rendah maka putaran semakin tinggi dengan ketentuan tegangan konstan dan jika tegangan semakin kecil maka putaran semakin rendah dengan ketentuan arus eksitasi konstan. Pada pengukuran motor arus searah penguat terpisah berbeban jika beban semakin besar maka putaran semakin rendah dan arus jangkar semakin besar belaku jika tegangan dan arus penguat konstan. Motor listrik yang digunakan pada penelitian ini mempunyai sumber tegangan 400 V, arus jangkar 14,2 A, putaran 3000 rpm dan arus eksitasi 0,56 A. Kata kunci : Motor arus searah (Motor DC), Pengaturan Kecepatan
vi
ABSTRACT In the motor industry's direct current (DC Motor) many digunanakan primarily to move a load that requires a relatively constant rotational speed. Setting speed direct current motor is done to get the motor speed as desired. Direct current motor speed setting is easier than alternating current motor. Direct current motor speed setting separate amplifier is done by regulating the motor speed through the field windings and armature windings. By adjusting the voltage source in the field winding and the armature winding speed that we want can be achieved. In direct current motor control without a separate amplifier if the load excitation current, the lower the higher the rotation with the provisions of constant voltage and if the voltage gets smaller then the lower rounds with constant excitation current provisions. On the measurement of direct current motor load a separate amplifier if the load is greater then the current round of lower anchors and greater in force if the voltage and constant current amplifier. The electric motor used in this study has a source voltage of 400 V, 14.2 A current anchor, rotation 3000 rpm and excitation current of 0.56 A. Keywords: Motor direct current (DC Motor), Speed Settings
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan Kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberi petunjuk, rahmat serta kekuatan dan kesehatan bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Analisa Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguat Terpisah” disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Dalam pembuatan laporan tugas akhir ini penulis mendapat kesulitan, namun karena adanya bimbingan dari semua pihak, masalah tersebut dapat diselesaikan. Untuk itu penulis pada kesempatan ini menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Idham Kamil, S.T., M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T. Ketua Program studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T. Dosen Pembimbing yang telah memberikan pengajaran kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 5. Buat Ayah dan Ibunda tercinta yang telah memeberikan semangat, motivasi, dukungan doa dan bantuan moril kepada penulis
dalam
menyelesaikan Tugas Akhir. 6. Buat abang dan Adik saya yang telah memberikan motivasi, dukungan doa dan memberi semangat kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
viii
7. Bapak dan Ibu Staf pengajar di jurusan Teknik Mesin khususnya dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 8. Seluruh Staf Administrasi dan teknisi Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 9. Rekan-rekan seperjuangan Mahasiswa Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi angkatan 2011, khususnya EN-6A buat kebersamaannya selama penulis menjalankan perkuliahan. 10. Sahabat anak kos 5A yang telah memberikan semangat dan membantu penulis dalam menyelesaiakan Tugas Akhir. 11. Temanan-teman Pujangga Group yang
telah memberikan motivasi
dalam menyelesaikan Tugas Akhir.. 12. Kekasih tercinta yang telah memberikan doa dan penyemangat dalam penyelesaian Tugas Akhir. 13. Rekan-rekan satu kampung yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis berharap Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya, khususnya Mahasiswa Program Studi Teknik konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih kurang sempurna, untuk itu penulis dengan tulus mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun agar lebih baik dimasa yang akan datang.
Medan, Agustus 2014 Hormat Penulis,
Panusunan Harahap NIM: 1105051031
DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ..................................................................... ii PERSETUJUAN LAPORAN TUGAS AKHIR ............................................iii PENGESAHAN LAPORAN TUGAS AKHIR .............................................. iv INTISARI .......................................................................................................... v ABSTRACT ...................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ......................................................................................xiii DAFTAR TABEL ........................................................................................... xv
BAB I
PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah .......................................................... 1 I.2 Batasan Masalah ...................................................................... 2 I.3 Metode Penelitian .................................................................... 2 I.4 Tujuan Penulisan ..................................................................... 2 I.5 Manfaat Penulisan ................................................................... 3 I.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ......................................... 3
BAB II
DASAR TEORI II.1 Umum ..................................................................................... 5 II.2 Teori Kemaknetan .................................................................. 6 II.3 Mesin Arus Searah (DC) ........................................................ 7 II.3.1 Prinsip Komutator ....................................................... 8 II.3.2 Fungsi Komutator pada Motor DC ............................. 9 II.3.3 Generator Arus Searah .............................................. 10 x
II.3.4 Jenis-jenis Generator Arus Searah ............................ 11 II.4 Motor Arus Searah ............................................................... 11 II.4.1 Pengertian Motor Arus Searah .................................. 11 II.4.2 Kontruksi Motor Arus Searah ................................... 12 II.4.3 Komponen Utama Motor Searah .............................. 13 II.4.4 Prinsip Kerja Motor Arus Searah .............................. 17 II.4.5 Torsi Motor ............................................................... 19 II.4.6 Karakteristik Motor Arus Searah .............................. 21 II.4.7 Karakteristik Torka Kecepatan ................................. 22 II.4.8 Jenis-jenis Motor Arus Searah .................................. 23 II.5 Pengereman Motor Arus Searah........................................... 30 II.5.1 Umum ....................................................................... 30 II.5.2 Pengereman Dinamik ................................................ 31 II.5.3 Pengereman Regeneratif ........................................... 32 II.5.4 Pengereman Plugging ............................................... 32
BAB III
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH III.1 Umum ................................................................................. 33 III.2 Kendali Kecepatan Motor Arus Searah ............................. 33 III.2.1 Dasar kendali Motor Arus Searah ......................... 33 III.2.2 Penambahan Tahanan Seri dengan rangkaian jangkar ................................................................... 34 III.2.3 Mengubah Tegangan Jangkar ................................ 35 III.2.4 Mengubah Arus Penguat ....................................... 35 III.2.5 Kombinasi Perubahan V dan If ............................. 35
BAB IV
ANALISA DATA IV.1 Umum ................................................................................. 37 IV.2 Spesifikasi Peralatan ........................................................... 37 IV.3 Rangkaian Pengujian ......................................................... 38 IV.3.1 Motor DC Penguat Bebas Tanpa Beban ................. 38 IV.3.1.1 Prosedur Pengujian 1 ............................... 38 IV.3.1.2 Data Hasil Pengujian .............................. 49 IV.3.1.3 Karakteristik Motor DC Tanpa Beban n = n (Iex) ; Vt ..................................... 40 IV.3.1.4 Prosedur Pengujian 2 ............................... 40 IV.3.1.5 Data Hasil Pengujian ............................... 41 IV.3.1.6 Karakteristik Motor DC Tanpa Beban n = n (Vt) ; Iex ................................... 41 IV.3.2 Motor DC Penguat Bebas Berbeban ...................... 42 IV.3.2.1 Prosedur Pengujian 1 ............................... 42 IV.3.2.2 Data Hasil Pengujian ............................... 43 IV.3.2.3 Karakteristik Motor DC Berbeban n = n (Ia), Vt If................................... 44 IV.3.2.4 Prosedur Pengujian 2 ............................... 44 IV.3.2.5 Data Hasil Pengujian ............................... 45 IV.3.2.6 Karakteristik Motor DC Berbeban Ia = Ia (If) Vt, n ................................... 46
xii
BAB V
PENUTUP V.1 Simpulan .............................................................................. 47 V.2 Saran ..................................................................................... 47
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Hubungan vector antara gaya maknet, medan magnet dan kecepatan ....................................................................................... 7 Gambar 2.2 Prinsip kerja komutator .................................................................. 8 Gambar 2.3 Gelombang keluaran dari komutator .............................................. 9 Gambar 2.4 Komutaor pada Motor DC.............................................................. 9 Gambar 2.5 Kontruksi Motor Arus Searah ...................................................... 12 Gambar 2.6 konstruksi motor arus searah bagian stator .................................. 12 Gambar 2.7 konstruksi motor arus searah bagian rotor ................................... 13 Gambar 2.8 kontruksi jangkar .......................................................................... 15 Gambar 2.9 Kontruksi sebuah komutator dari motor arus searah .. ................. 16 Gambar 2.10 Kaidah tangan kiri Flemming..................................................... 18 Gambar 2.11 Prinsip Kerja Motor DC .............................................................. 18 Gambar 2.12 Arah arus jangkar untuk searah putaran jarum jam..................... 20 Gambar 2.13 Hubungan torsi dengan kecepatan............................................... 21 Gambar 2.14 Karakteristik Torka Kecepatan Penguat Terpisah ..................... 23 Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguat Terpisah ..................... 25 Gambar 2.16 Karakteristik Torsi Kecepataan dengan Penguat Tegangan jangkar ....................................................................................... 26 xiv
Gambar 2.17 Rangkain Ekivalen pada Motor DC Shunt ................................. 26 Gambar 2.18 Rangkaian Ekivalen pada Motor DC Seri .................................. 27 Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen pada Motor DC Kompon Panjang............. 28 Gambar 2.20 Rangkain Ekivalen pada Motor DC Kompon Pendek ............... 29 Gambar 3.1 Motor arus searah penguat terpisah ............................................. 34 Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguat Bebas Tanpa Beban .. 38 Gambar 4.2 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguat Bebas Berbeban ........ 42
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Kontak Hubungan ............................................................................. 14 Tabel 4.1 Data hasil pengukura tanpa beban n = n (Iex) ; Vt....................... 40 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran tanpa beban n = n (Vt) ; Iex ................... 42 Tabel 4.3 Data hasil penukuran berbeban n = n (Ia), Vt If ........................ 44 Tabel 4.4 Data hasil pengukuran berbeban Ia = Ia (If) Vt, n ..................... 46
xvi
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang Masalah Pada masa sekarang ini perkembangan teknologi semakin pesat, baik pada perindustrian besar maupun industri kecil. Pada sistem industri penggunaan suatu Motor DC yang kecepatannya dapat diubah-ubah dalam skala yang lebar sangat di butuhkan, misalnya untuk mengolah atau mengendalikan hasil produksi yang berubah-ubah, untuk mengatasi hal itu maka digunakan Motor DC. Motor arus searah (Motor DC) ialah suatu mesin yang befungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kecepatan Motor DC dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan. Motor DC terdiri dari dua bagian
yaitu
bagian
yang
diam
disebut
stator
dan
bagian
yang
bergerak/berputar disebut rotor. Berdasarkan prinsip kerjanya, Motor DC terbagi kedalam dua jenis yaitu motor DC penguat terpisah dan Motor DC penguat sendiri, Motor DC penguat sendiri terbagi lagi kedalam tiga golongan yaitu motor dc shunt, motor dc seri dan motor dc kompon. Dari penjelasan diatas, maka penulis ingin mengajukan suatu gagasan “ANALISA PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC PENGUAT TERPISAH” sebagai motor pengendali kecepatan, karena dengan Motor DC penguat terpisah kita dapat mengatur kecepatan motor melalui belitan medan dan belitan armatur. Dengan dianalisanya pengaturan kecepatan motor dc penguat terpisah diharapkan ada manfaat dalam bidang elektronika daya khususnya pengendali kecepatan Motor DC.
I.2 Batasan Masalah Agar pembahasan ini tidak luas dan mengembang maka perlu adanya pembatasan masalah, sesuai dengan judul
tugas akhir ini
Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguat Terpisah”
“Analisa
maka yang dibahas
adalah : 1. Prinsip kerja Motor DC 2. Metode Pengendalian Kecepatan motor DC 3. Analisa Kecepatan Motor DC
I.3 Metode Penelitian Metode penelitian yang dilakukan dalam tugas akhir ini yaitu : 1. Study
literatur,
penulis
mengumpulkan
berbagai
literatur
untuk
mendapatkan dasar–dasar yang jelas serta teori-teori yang berhubungan dengan tugas akhir ini. 2. Penulis mendapatkan bimbingan dari dosen pembimbing serta diskusi dengan rekan-rekan mahasiswa.
I.4 Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk : 1. Sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan pendidikan program Diploma Tiga ( D-III ) Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan 2. Mengetahui Prinsip kerja motor DC sebagai penggerak 3. Mengetahui karakteristik kecepatan motor DC 4. Dapat menjalankan Motor Arus Searah 5. Mengetahui bagaimana cara mengendalikan kecepatan Motor DC saat beroperasi.
2
I.5 Manfaat Penulisan Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : 1. Manfaat bagi penulis untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan dan pengalaman agar mampu melakukan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja atau terjun kelapangan. 2. Sebagai pengembangan pengetahuan mahasiswa/i tentang Motor DC. 3. Manfaat bagi industri sebagai bahan pertimbangan untuk memperbaiki pengaturan kecepatan Motor DC yang ada dalam industri tersebut.
I.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika penulisan dalam laporan tugas akhir ini sebagai berikut :
BAB I.
PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan tugas akhir, manfaat tugas akhir dan sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II. DASAR TEORI Bab ini menjelaskan tentang teori dasar kemagnetan, mesin-mesin DC dan tarnsformator yang berhubungan dengan pengotrol Motor DC penguat terpisah.
BAB III. PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC PENGUAT TERPISAH Bab ini berisi tentang macam-macam pengendali kecepatan Motor DC penguat terpisah.
BAB IV. ANALISA DATA Bab ini berisi pengujian dan analisa secara teoritis pengaturan kecepatan Motor DC penguat terpisah
BAB V. PENUTUP Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan simpulan dan saran.
4
