19
3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
R
a
E
a
+
- I
L
V
t
R
s
R
sh
I
sh
I
a
Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan kompon panjang Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon panjang
I
L
= I
a
+I
sh
V
t
= E
a
+I
a
R
a
+R
s
2.11 P
in
= V
t
I
L
V
t
= V
sh
Dimana : I
a
R
s
= tegangan jatuh pada kumparan seri I
a
R
a
= tegangan jatuh pada kumparan jangkar [3]
2.5. Rugi-Rugi Motor Arus Searah
Motor DC menerima daya masukan berupa energi listrik dan menghasilkan daya keluaran berupa energi mekanis. Akan tetapi, tidak seluruh daya masukan ke
motor diubah menjadi daya keluaran yang berguna, selalu ada energi yang hilang selama proses pengkonversian energi tersebut. Energi yang hilang tersebut ada
yang dikonversikan menjadi panas dan ada yang diserap oleh mesin untuk
Universitas Sumatera Utara
20
mengatasi gesekan karena adanya bagian yang berputar di dalam mesin. Rugi-rugi daya dalam bentuk panas ini jika nilainya terlalu besar akan dapat menyebabkan
kenaikan temperatur motor yang dapat merusak isolasi dan mempercepat berkurangnya umur ekonomis motor sehingga membatasi daya keluaran motor.
Berikut proses pengkonversian energipada motor DC dalam aliran daya di bawah ini :
Daya input V I
L
Watt Daya mekanis
yang dibangkitkan di
dalam jangkar Ea Ia Watt
Daya output motor
T
sh ω Watt
Rugi-rugi tembaga
Rugi-rugi besi dan
mekanis
Energi Listrik Energi
mekanis
Gambar 2.13 Diagram aliran daya pada motor arus searah Dengan demikian selalu ada selisih antara daya masukan dan daya keluaran
motor. Ini merupakan rugi-rugi daya yang terjadi di dalam motor. Dalam persamaan sinyatakan dengan :
∑ Rugi-Rugi = Daya Masukan – Daya Keluaran Akhirnya, rugi-rugi di dalam motor DC didefenisikan sebagai selisih daya
antara daya masukan yang diterima motor dengan daya keluaran yang dapat dihasilkannya dimana selisih daya tersebut berubah menjadi bentuk energi yang
lain yang tidak dapat digunakan bahkan dapat merugikan bagi motor itu sendiri.
Universitas Sumatera Utara
21
2.5.1. Rugi-Rugi Tembaga Copper Loss
Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi daya yang terjadi di dalam kumparan medan dan kumpran jangkar motor. Karena kawat tembaga kedua kumparan
tersebut memiliki nilai resistansi R
f
dan R
a
, maka jika mengalir arus searah sebesar I
f
dan I
a
akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :
P
a
= I
a 2
R
a
2.12 P
f
= I
f 2
R
f
2.13 Dimana :
P
a
= rugi tembaga kumparan jangkar P
f
= rugi tembaga kumparan medan I
a
= arus jangkar I
f
= arus medan R
a
= resistansi jangkar R
f
= resistansi medan
2.5.2. Rugi-Rugi Inti Core or Iron Losses
Rugi-rugi ini 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
Rugi hysteresis terjadi di dalam jangkar mesin DC karena setiap bagian jangkar dipengaruhi oleh pembalikan medan magnetic sebagaimana bagian
tersebut lewat di bawah kutub-kutub yang berurut.
Universitas Sumatera Utara
22
Gambar 2.14 Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub Gambar 2.14 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 sebagai rugi-rugi
di dalam inti jangkar dan disebut sebagai rugi hysteresis. Untuk menentukan besarnya rugi hysteresis di dalam inti jangkardigunakan persamaan
Steinmentzyaitu : P
h
= ηB
max 1,6
f υ Watt 2.14
Dimana : P
h
= rugi hysteresis B
max
= rapat fluks maksimum di dalam jangkar f = frekuensi pembalikan magnetik
=
n P 120
dimana n dalam rpm dan P=jumlah kutub υ = volume jangkar m
3
η = koefisien hysteresis Steinmentz
Universitas Sumatera Utara
23
2. Rugi Arus Pusar Sebagai tambahan terhadap tegangan yang diinduksikan di dalam konduktor
jangkar, ada juga tegangan yang diinduksikan di dalam init jangkar. Tegangan ini menghasilkan arus yang bersikulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan
dalam Gambar 2.15. 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 2.15 a Arus pusar di dalam jangkar yang padat b Arus pusar di
dalam inti jangkar yang dilaminasi
2.5.3. Rugi-Rugi Mekanis Mechanical Losses
Rugi-rugi mekanis di dalam mekanis motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan
angin.
Universitas Sumatera Utara
24
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. 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.
2.5.4. Rugi-Rugi Sikat Brush Losses
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 V
bd
. Jatuh tegangan sikat ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar :
P
bd
= V
bd
.I
a
2.15 Dimana :
P
bd
= rugi daya akibat tegangan sikat I
a
= arus jangkar V
bd
= jatuh tegangan sikat
Universitas Sumatera Utara
25
Besarnya nilai jatuh tegangan sikat-sikat pada motor DC hampir konstan dalam rentang arus jangkar yang besar. Maka rugi-rugi sikat dapat dihitung
dengan persamaan: P
bd
= 2 x I
a
2.16
2.5.5. Rugi-Rugi Beban Stray Stray Load Losses
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. Rugi-rugi di dalam motor DC di atas juga dapat dikelompokkan menjadi
dua yaitu : 1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya selalu
tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan. Rugi-rugi inti + mekanis disebut dengan rugi-rugi rotasi. Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi
konstan adalah : a. Rugi-rugi inti yaitu rugi-rugi hysteresis dan arus pusar
b. Rugi-rugi mekanis yaitu rugi-rugi gesek dan angin. c. Rugi-rugi tembaga medan shunt.
2. Rugi-rugi variabel yaitu rugi-rugi di dalam motor DC yang nilainya bervarisasi terhadap arus pembebanan. Yang termasuk ke dalam kelompok
rugi-rugi ini adalah:
Universitas Sumatera Utara
26
a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar I
a 2
R
a
. b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri I
a 2
R
s
c. Rugi jatuh tegangan sikat V
bd
I
a
Sehingga rugi-rugi total di dalam motor DC adalah : ∑ Rugi-Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel [4]
2.6. Torsi Motor Arus Searah
Kategori