PENGARUH PEGATURAN KECEPATAN MENGGUNAKAN METODE PENGATURAN FLUKSI TERHADAP EFISIENSI PADA MOTOR ARUS SEARAH KOMPON Bambang Hidayat, Syamsul Amien Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail:
[email protected]
ABSTRAK Motor arus searah penguatan kompon banyak digunakan terutama untuk menggerakkan beban yang memiliki putaran relatif kostan.Pengaturan putaran pada motor arus searah kompon mutlak dilakukan untuk mendapatkan putaran yang bervariasi sesuai kebutuhan maka ada beberapa cara yang bisa digunakan dan salah satunya adalah metode pengaturan kecepatan motor dengan menggunakan metode pengaturan fluksi(Ø).Tulisan ini membahas pengaruh dari pengaturan kecepatan menggunakan metode pengaturan fluksi terhadap efisiensi motor arus searah kompon.Pengaturan kecepatan metode pengaturan fluksi dilakukan dengan cara menambahkan tahanan variabel pada kumparan medan maupun kumparan jangkar sehingga arus yang mengalir dapat diatur. Penambahan tahanan pada metode pengaturan fluksi dapat merubah besaran-besaran yang ada pada motor arus searah kompon terutama pada efisiensi motor.Berdasarkan hasil pengujian didapat bahwa semakin cepat putaran motor arus searah maka efisiensi juga cenderung meningkat.pada motor arus searah kompon pendek didapat putaran tertinggi dengan 1900 Rpm dengan efisiensi sebesar 45,65% sedangkan pada motor searah kompon panjang memiliki putaran tertinggi 1850 Rpm dengan efisiensi sebesar 43,14%.
Kata Kunci :motor arus searah,efisiensi,fluksi
1.Pendahuluan 2. Motor DC Kompon Dalam dunia industri motor arus searah banyak digunakan sebagai motor penggerak.Pemilihan motor arus searah sebagai motor penggerak dibandingkan motor induksi karena motor arus searah memiliki rentang pengaturan kecepatan yang lebar.Pengaturan kecepatan motor arus searah juga mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan variasi beban. Pada motor searah kompon jika beban bertambah maka kecepatan rotor ccenderung menurun oleh karena itu diperlukan pengaturan kecepatan,didalam melayani beban diharapkan motor arus searah mampu memiliki efisiensi maksimal sehingga motor searah kompon memiliki kinerja yang baik dalam melayani beban. Metode pengaturan fluksi dilakukan dengan cara mengatur arus yang mengalir dikumparan medan dan dikumparan jangkar dengan metode ini panas yang ditimbulkan akan pengaturan kecepatan sangatlah kecil diharapkan efisiensi dari mesin akan maksimal dalam melayani beban.
Motor DC adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Motor DC bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi magnetik. Ketika kumparan medan dan kumparan jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan DC, maka pada kumparan medan mengalir arus medan (If) pada kumparan medan, sehingga menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan.Sedangkan pada kumparan jangkar mengalir arus jangkar (Ia), sehingga pada konduktor kumparan jangkar timbul fluksi magnet yang melingkar.Fluksi jangkar ini akan memotong fluksi dari kumparan medan sehingga menyebabkan perubahan kerapatan fluksi dari medan utama.Sesuai dengan hukum Lorentz, interaksi antara kedua fluksi magnet ini akan menimbulkan suatu gaya mekanik pada konduktor jangkar yang disebut gaya Lorentz. Besar gaya ini sesuai dengan persamaan 1: F=B.i.l (1) Dimana : F = gaya yang bekerja pada konduktor (N) -86-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 9 NO. 2/November 2014
B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2) i = arus yang mengalir pada konduktor (A) l = panjang konduktor (m) Gaya yang timbul pada konduktor jangkar tersebut akan menghasilkan momen puntir atau torsi. Torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan persamaan 2 berikut : Ta = F . r (2) Dimana : Ta = torsi jangkar (Newton-meter) r = jari-jari rotor (meter) Berdasarkan sumber tegangan penguatnya, motor DC dibagi menjadi dua, yaitu motor DC penguatan terpisah (penguatan luar) dan motor DC penguatan sendiri. Salah satu jenis motor DC penguatan sendiri adalah motor DC penguatan kompon.Motor DC penguatan kompon merupakan gabungan motor DC penguatan seri dan motor DC penguatan shunt. Motor DC penguatan kompon dapat dibagi menjadi dua yaitu sebagai berikut :
Gambar 2. Rangkaian ekivalen motor DC penguatan kompon pendek [1] Dari Gambar 2 di atas, diperoleh persamaan tegangan terminal motor DC penguatan kompon pendek seperti ditunjukkan oleh persamaan 4 : Vt = Ea + Is.Rs + Ia.Ra (4) Dimana : Vt = Tegangan terminal Motor (Volt) Ea = Tegangan jangakar Motor (Volt) Ia = arus kumparan jangkar (Ampere) Is = arus kumparan seri (Ampere) Ra = Tahanan Kumparan jangkar (Ohm) Rs = Tahanan Kumparan Seri (Ohm)
1) Motor DC Penguatan Kompon Panjang Pada motor DC penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor DC penguatan kompon panjang dapat dilihat pada Gambar 1 :
2.1 Pengaturan Kecepatan Metode Pengaturan Fluksi Pengaturan kecepatan putaran pada motor DC adalah suatu usaha yang diberikan terhadap motor DC yang sedang berputar untuk mendapatkan kecepatan putaran motor sesuai yang diinginkan. Pengurangan fluksi ( ) mengakibatkan kenaikan kecepatan putaran. Pada motor DC kompon, fluksi dapat diatur dengan memasang rheostat medan shunt, yaitu rheostat yang dipasang seri dengan medan shunt atau dipasang paralel dengan jangkar.Cara pengaturan fluksi dapat ditunjukkan Gambar 3 :
Gambar 1. Rangkaian ekivalen motor DC penguatan kompon panjang Dari Gambar 1 di atas, diperoleh persamaan tegangan terminal motor DC penguatan kompon panjang seperti ditunjukkan oleh persamaan 3 : Vt = Ea + Ia (Rs + Ra) (3)
Gambar 3.Pengaturan kecepatan dengan metode pengaturan fluksi Dari rangkaian Gambar 4 berlaku persamaan : Vt = Ea+Ia.(Ra+Rs)
2) Motor DC Penguatan Kompon Pendek Pada motor DC penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor DC penguatan kompon pendek dapat dilihat pada Gambar 2 :
Vt = Md.Wr.If + Ia.(Ra+Rs).kondisi steady state Dimana If sebanding dengan Ø(fluksi). Md = Konstanta Mesin,=K Vt =K.Wr. Ø + Ia.(Ra+Rs) -87-
(5)
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 9 NO. 2/November 2014 kompon panjang tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 4 :
Dalam hal ini Vt dianggap Konstan,sehingga : Vt -Ia.(Ra+Rs) = K1 = Konstanta. Vt -Ia.(Ra+Rs) = K.Wr. Ø
Wr =
)
– .( .Ø
=
(6) (7)
.Ø
Gambar.4 Rangkaian percobaan DC kompon panjang tanpa beban
Dengan adanya tahan tambahan pada kumparan medan,maka : (8) Ø’ = If’ = Wr’ = =
.Ø
sehingga
=
Ø Ø
pengaturan Rangkaian percobaan kecepatan motor arus searah menggunakan metode pengaturan fluksi pada motor DC kompon pendek tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 5 :
(9)
Dari persamaan (9) diketahui bahwa setiap perubahan fluksi (Ø) akan menyebabkan perubahan putaran motor. Gambar.5 Rangkaian percobaan pada motor DC kompon pendek tanpa beban
3.Metode Penelitian
pengaturan Rangkaian percobaan kecepatan motor arus searah menggunakan metode pengaturan fluksi pada motor DC kompon panjang berbeban ditunjukkan pada Gambar 6 :
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan kecepatan terhadap efisiensi motor arus searah kompon dengan menggunakan metode pengaturan fluksi dengan cara menambahkan tahanan pada kumparan shunt. Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah motor DC AEG tipe Gd 110/110 G-Mot Nr. 7983745 dengan penguatan kompon yang terdapat di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU dengan spesifikasi sebagai berikut: V = 220 V P = 1,2 kW IL = 7,1 A Ish = 0.177 A n = 1400 rpm Jumlah Kutub = 2 Kelas Isolasi = B Tahanan Medan Shunt (J-K) = 1,25 k Tahanan Medan Seri (E-F) = 0,6 Tahanan Jangkar (GA-HB) = 3,8
Gambar.6 Rangkaian percobaan pada motor DC kompon panjang berbeban
pengaturan Rangkaian percobaan kecepatan motor arus searah menggunakan metode pengaturan fluksi pada motor DC kompon pendek berbeban ditunjukkan pada Gambar 7 :
3.1 Variabel yang diamati variabel yang diamati adalah perubahan arus medan(Ish) dan arus jangakar(Ia) akibat pengaruh dari perubahan kecepatan motor arus searah. 3.2 Rangkaian Percobaan pengaturan Rangkaian percobaan kecepatan motor arus searah menggunakan metode pengaturan fluksi pada motor DC
Gambar.7 Rangkaian percobaan pada motor DC kompon pendek berbeban
-88-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 9 NO. 2/November 2014
3.3 Prosedur Pengambilan Data
100
1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4 dan 5(percobaan tanpa beban) serta gambar 6 dan 7(Percobaan berbeban). 2. Atur tegangan terminal pada motor DC sampai mencapai tegangan 180 volt 3. Atur tahanan R1 sebesar 100Ω,200Ω, 300Ω,400Ω, 500Ω,600Ω, 700Ω,800Ω, 900Ω,1000Ω 4. Catat setiap perubahan keceptan,arus medan dan arus jangkar pada setiap
4.Hasil dan Analisis 4.1 Hasil pengujian motor DC kompon tanpa beban Pada pengujian tanpa beban,peneliti hanya meneiti motor DC dalam keadaan tanpa beban,pada pengujian ini didapat putaran tertinggi pada motor DC kompon pendek 2450 Rpm dan motor DC kompon panjang 2550 Rpm.seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2
Ish 0,15 0,13 0,12 0,11 0,10 0.10 0,09 0,09 0,08 0,07
Is 2,78 2,78 2,81 2,83 2,84 2,94 2,95 2,96 2,99 3,00
Il 2,78 2,78 2,81 2,83 2,84 2,94 2,95 2,96 2,99 3,00
n 1600 1750 1820 1950 2050 2150 2300 2450 2500 2600
Ia 2,52 2,58 2,62 2,65 2,68 2,73 2,76 2,80 2,84
Ish 0,14 0,13 0,12 0,11 0,10 0,10 0,09 0,09 0,08
Is 2,52 2,58 2,62 2,65 2,68 2,73 2,76 2,80 2,84
Il 2,56 2,61 2,74 2,81 2,78 2,83 2,85 2,89 2,92
2,96
2550
R1
Ia
Ish
Is
Il
N
100
6,00
0,13
6,13
6,13
1400
200
6,34
0,12
6,46
6,46
1500
300
6,49
0,11
6,6
6,6
1550
400
6,84
0,10
6,94
6,94
1600
500
7,01
0,10
7,11
7,11
1620
600
7,14
0,09
7,23
7,23
1700
700
7,32
0,09
7,41
7,41
1720
800
7,49
0,08
7,57
7,57
1800
900
7,65
0,08
7,73
7,73
1820
100
7,79
0,07
7,86
7,86
1900
Tabel 4 Data Pengaturan Kecepatan dengan menggunakan pengaturan fluksi pada motor arus searah Kompon panjang berbeban R1
Ia 5,14
Ish 0,14
Is 5,14
Il 5,28
N 1400
5,53
0,13
5,53
5,66
1450
300
5,65
0,12
5,65
5,77
1500
400
5,88
0,11
5,88
5,99
1550
500
6,00
0,10
6,00
6,1
1600
600
6,12
0,10
6,12
6,22
1620
700
6,27
0,09
6,27
6,36
1700
800
6,44
0,09
6,44
6,53
1720
900
6,60
0,08
6,60
6,68
1800
100
6,70
0,07
6,70
6,77
1850
100 200
Tabel 2 Data Pengaturan Kecepatan dengan menggunakan pengaturan fluksi pada motor arus searah Kompon panjang tanpa beban R1 100 200 300 400 500 600 700 800 900
2,89
Tabel 3 Data Pengaturan Kecepatan dengan menggunakan pengaturan fluksi pada motor arus searah Kompon pendek berbeban
Tabel 1 Data Pengaturan Kecepatan dengan menggunakan pengaturan fluksi pada motor arus searah Kompon pendek tanpa beban Ia 2,63 2,65 2,69 2,72 2,74 2,84 2,86 2,88 2,91 2,93
0,07
4.2 Hasil pengujian motor DC kompon berbeban Pada pengujian tanpa beban,peneliti hanya meneiti motor DC dalam keadaan tanpa beban,pada pengujian ini didapat putaran tertinggi pada motor DC kompon pendek 1900 Rpm dan motor DC kompon panjang 1850 Rpm.seperti pada Tabel 3 dan Tabel 4 dengan cara mengatur : If gen = 0,5 A RL = 100 Ω V = 180 Volt = 1250 Ω Rsh Ra = 3,8 Ω = 0,6 Ω Rs
perubahan tahanan variabel(R1)
R1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100
2,89
n 1600 1750 1850 1950 2100 2200 2300 2450 2500
4.3 Analisa data Dari data-data Tabel 1,2,3,dan 4 dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi terbaik dari pengaruh pengaturan -89-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 9 NO. 2/November 2014
kecepatan ini digunakan beberapa persamaa yang berlaku dalam perhitungan efisiensi motor DC kompon Sebelum mencari besarnya efisiensi motor DC kompon tentukan GGL armatur,untuk motor DC kompon Panjang ditunjukkan persmaan (10) dan untuk motor DC kompon pendek ditunjukkan persamaan(12) : Ea = Vt – Ia x (Rs + Ra) (10) Ea = Vt – Is x Rs – Ia x Ra (11)
6,84
0,10
6,94
6,94
1600
45,53
0,0936
500 600 700 800 900 1000
7,01 7,14 7,32 7,49 7,65 7,79
0,10 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07
7,11 7,23 7,41 7,57 7,73 7,86
7,11 7,23 7,41 7,57 7,73 7,86
1620 1700 1720 1800 1820 1900
45,72 44,90 45,24 45,59 45,46 45,65
0,0919 0,0874 0,0858 0,0816 0,0804 0,0767
Tabel 6 Data hasil analisa pengaruh pengaturan kecapatan metode pengaturan fluksi pada motor DC kompon panjang
Pengujian Pada Kondisi Tanpa Beban digunakan untuk menentukan daya input motor pada kondisi tanpa beban ditunjukkan pada persamaan (12),rugi rugi tembaga motor pada kondisi tanpa beban ditunjukkan oleh persamaan (13) dan rugi-rugi gesekan yang ditunjukkan oleh persamaan (14) : (Pin)o = Vt x IL (12) (Pcu-total)o = ( Ia )2 x Ra + ( Is )2 x Rs + ( Ish )2 x Rsh (13)
Pkonstan = (Pin)o – (Pcu-total)
400
(14)
Pengujian Pada Kondisi Berbeban digunakan untuk menentukan daya input pada kondisi berbeban yang ditunnjukkan oleh persamaan (15),rugi-rugi tembaga pada kondisi berbeban ditunjukkan persamaan (16) dan rugirugi total motor ditunjukkan persamaan (17) : Pin = Vt x IL (15) Pcu-tot = ( Ia )2 x Ra + ( Is )2 x Rs + ( Ish )2 x Rsh (16) (17) Rugi-Rugitotal = Pcu-total + Pkonstan
R1
Ia
Ish
Is
Il
n
η(%)
CxØ
100
5,14
0,14
5,14
5,28
1400
39.14
200 300 400
5,53 5,65 5,88
0,13 0,12 0,11
5,53 5,65 5,88
5,66 5,77 5,99
1450 1500 1550
43.46 41.10 42.68
0.1124 0.1073 0.1034 0.0994
500
6,00
0,10
6,00
6,1
1600
42.74
600 700 800 900 1000
6,12 6,27 6,44 6,60 6,70
0,10 0,09 0,09 0,08 0,07
6,12 6,27 6,44 6,60 6,70
6,22 6,36 6,53 6,68 6,77
1620 1700 1720 1800 1850
42.68 43.53 43.15 43.26 43.14
0.0960 0.0944 0.0896 0.0881 0.0838 0.0813
Pengaruh pengaturan putaran terhadap efisiensi motor arus searah kompon pendek dapat dilihat pada Gambar (8) dan Gambar (9) sedangkan untuk motor arus searah kompon panjang dapat dilihat pada Gambar (10) dan Gambar (11) : 0.2
Sehingga daya keluaran motor yang digunakan untuk melayani beban adalah : Pout = Pin – Rugi-Rugitot (18)
fluksi vs efisiensi
0.1 efisiensi
0
Maka efisiensi motor adalah : η =
Pout x 100 % Pin
(19) Dengan melakukan perhitungan seperti persamaan (19) pada setiap penambahan tahanan medan diperoleh putaran tertinggi pada motor DC kompon pendek 1900 Rpm dengan efisiensi 45,65% dan motor DC kompon pendek 1850 Rpm dengan efisiensi 43,14% seperti ditunjukkan Tabel 5 dan Tabel 6
Gambar 8. Grafik pengaruh fluksi terhadap efisiensi pada motor DC kompon Pendek Gambar 8 menunjukkan bahwa penurunan fluksi mengakibatkan kenaikan efisiensi motor arus searah Kompon panjang. 46
efisiensi vs putaran
44
Tabel 5. Data hasil analisa pengaruh pengaturan kecapatan metode pengaturan fluksi pada motor DC kompon pendek
42 40
efisiensi
38
R1 100
Ia 6,00
Ish 0,13
Is 6,13
Il 6,13
n 1400
η(%) 43,63
CxØ 0,109
900 950 10001020105011001150117012001250
200
6,34
0,12
6,46
6,46
1500
46,10
0,1014
300
6,49
0,11
6,6
6,6
1550
44,70
0,0980
Gambar 9. Grafik pengaruh putaran terhadap efisiensi pada motor DC kompon Pendek -90-
copyright @ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL. 9 NO. 2/November 2014
Gambar 9 menunjukkan bahwa kenaikan putaran motor mengakibatkan kenaikan efisiensi motor arus searah Kompon panjang.
0.15
fluksi vs efisiensi
0.1
6.Referensi
0.05 efisiensi
0
Gambar 10. Grafik pengaruh fluksi terhadap efisiensi pada motor DC kompon Panjang Gambar 10 menunjukkan bahwa penurunan fluksi mengakibatkan kenaikan efisiensi motor arus searah Kompon pendek.
47 46 45 44 43 42
3. Motor arus searah kompon pendek memiliki efisiensi lebih baik dibanding motor arus searah kompon panjang hal ini dapat dilihat pada saatkecepatan tertitinggi yaitu motor arus searah kompon pendek memiliki efisiensi 45,65% sedangkan motor arus searah kompon panjang 43,14%.
efisiensi vs Putaran
efisiensi
Gambar 11. Grafik pengaruh putaran terhadap efisiensi pada motor DC kompon Panjang Gambar 10 menunjukkan bahwa kenaikan putaran motor mengakibatkan kenaikan efisiensi motor arus searah Kompon pendek.
1. Bimbra, P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975. 2. Theraja, B.L. & Theraja, A.K, “A Text Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001. 3. Theodore, Wildi,”Electrical Machine Drives and Power Systems “, Prentice Hall Internasional, Liverpool, 1983. 4. Sawhney, A.K,”Electrical Machine Design”, Dhanpat Rai and sons, Patiala,1970. 5. Lister, Eugene C,“Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988. 6. Wijaya, Mochtar,”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Djambatan, Jakarta, 2001. 7. Zuhal:”Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Penerbit Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2000. 8. Yon. Rijono, 2002. “ Dasar Teknik Tenaga Listrik “ .Penerbit Andi Offset. Yogyakarta
5.Kesimpulan Berdasarkan analisis disimpulkan sebagai berikut : 1. Semakin kecil nilai arus medan akan menyebabkan semakin rendah fluksi yang dihasilkan sehingga menyebabbkan kenaikan kecepatan putaran 2. Bahwa motor arus searah kompon pendek memiliki kecepatan terendah 1400 rpm dengan efisiensi 43,63% dan kecepatan tertinggi 1900rpm dengan efisiensi 45,65% sedangkan pada motor arus searah kompon panjang memiliki kecepatan terendah 1400 rpm dengan efisiensi 39,14% dan kecepatan tertinggi 1850 rpm dengan efisiensi 43,14%.
-91-
copyright @ DTE FT USU
