Metode Perlambatan (Retardation Test) Dalam Menentukan Rugi-Rugi Dan Efisiensi Motor Arus Searah

(1)

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

1. Theraja. B.L. & A.K. Theraja.2005. “Electrical Technology”. S. Chand & Company Ltd, New Delhi.

2. Wijaya, Mochtar. 2001. “Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta.

3. Metha, V.K & Metha Rohit. 2002. “Principal of Electrical Machines”. S. Chand & Company Ltd, New Delhi.

4. Ardiansyah. 2013. “Analisis Perbandingan Uji Regeneratif (Hopkinson) Dengan Uji Retardasi Dalam Menentukan Rugi-rugi dan Efesiensi Motor DC Penguatan Shunt”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU, Medan.

5. Sitorus, Raymond.A. 2014. “Studi Penentuan Efisiensi Motor Arus Searah Berpenguatan Seri dengan Menggunakan Uji Medan (Field Test)”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU, Medan.

6. Sembiring,Ija.2007. “Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat dan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU, Medan.

7. U.S Department of Energy. 1992. DOE Fundamentals Handbook Electrical Scince, Washington, D.C, 1992.

8. Wildi, Theodore, “Electrical Mechines,Drives and Power System”, Prentice Hall International, USA, 2002.

(2)

9. Jaya,Kaban.2013. “Studi Penentuan Rugi-Rugi Daya Motor Arus Searah Kompon Pendek Dengan Metode Reterdasi”,.Medan:Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, USU.

10.Fitzgerald Kingslay JR, “Mesin-Mesin Listrik”, Edisi Keenam, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

11.Deshpande,M.V,“Electric Motors Aplications And Control”,London,1984. 12.Chapman, Stephen J, “Electrical Machinery Fundamental”, Edisi 4,Mc

Graw-Hill Company, Singapure, 2005.

13.Supriyadi, Eko. “Motor Listrik DC”, 22 Agustus 2014.

(3)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian merupakan cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar hasil yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi secara ilmiah. Dengan demikian, maksud dari penyusunan metode ini agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat dipertanggung jawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup beberapa hal diantaranya adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan objek penelitian, penetapan variabel penelitian, metode pengumpulan data, dan teknik analisa data.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan pada bulan Oktober 2014 di Laboratorium Konversi Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan.

3.3 Objek Penelitian

Objek dari penelitian ini yaitu menganalisa motor arus searah kompon panjang dengan pengukuran rugi-rugi daya dan efisiensi menggunakan metode perlambatan (retardation test).

3.4 Variasi Pengukuran

Dalam percobaan ini, variasi pengukuran dilakukan untuk menentukan efesiensi motor arus searah penguatan kompon panjang pada keadaan:

(4)

1. Motor DC penguatan kompon panjang pada keadaan ¼ beban penuh 2. Motor DC penguatan kompon panjang pada keadaan ½ beban penuh 3. Motor DC penguatan kompon panjang pada keadaan ¾ beban penuh 4. Motor DC penguatan kompon panjang pada keadaan beban penuh

3.5 Teknik Analisa Data

Dalam penelitian ini teknik analisa data yang digunakan adalah analisis matematis yang kemudian dipakai untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah melakukan perhitungan-perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam perhitungan untuk rugi-rugi dan juga efisiensi motor dc penguatan kompon panjang dengan menggunakan data-data yang diperoleh dari hasil percobaan dengan metode perlambatan (retardation test).

Adapun perhitungan yang dilakukan adalah menggunakan formulasi sebagai berikut:

1. Perhitungan Momen Inersia Motor DC Kompon Panjang

Sebagaimana telah diterangkan dalam sub bab sebelumnya bahwa momen inersia jangkar motor dapat dihitung dengan persamaan:

� = � � ₋

Dimana:

J =Momen Inersia jangkar motor (Kgm²)

(5)

J1 = �² (Kgm²)

t1 = selang waktu yang dibutuhkan untuk penurunan kecepatan jangkar motor dengan rotor sendiri dalam kondisi tanpa eksitasi (detik)

t2 = selang waktu yang dibutuhkan untuk penururan kecepatan jangkar motor dengan roda pejal dalam kondisi tanpa eksitasi (detik)

Harga J1 diketahui begitu juga dengan t1 dan t2 didapat dari percobaan, dengan demikan momen inersia jangkar (J) dapat ditentukan. Sesudah mengetahui nilai momen inersia jangkar (J) dari perhitungan seperti persamaan 2.30 dan nilai perubahan (dW/dt) atau dn/dt dari percobaan, maka rugi-rugi rotasi pada motor dc kompon panjang dapat ditentukan.

2. Perhitungan Rugi-rugi Rotasi Motor DC Kompon Panjang

Dengan diketahuinya momen inersia jangkar motor (J), maka rugi-rugi rotasi motor dapat dihitung sebagai berikut:

Untuk rugi-rugi mekanis (gesek dan angin)

Wg+a = 0,011x J x n x atau Wg+a = 0,011x (J+J1) x n x

Untuk rugi-rugi rotasi (gesek, angin dan besi)

Wrot = 0,011x J x n x atau Wrot = 0,011x (J+J1) x n x

Untuk rugi-rugi inti

(6)

3. Perhitungan Rugi-rugi Konstan (Wc)

Wc = Wrot + Wsh dimana; Wsh = (Ish)² x Rsh 4. Rugi-rugi Total (∑w) Motor DC Kompon Panjang

∑w = Wc + Wa + Wsr + Wbd Dimana:

Wa = Ia² x Ra (Rugi daya armature) Wse = Ia² x Rs (Rugi daya kumparan seri) Wbd= 2 x Ia (Rugi jatuh tegangan sikat) 5. Perhitungan Efesiensi Motor DC Kompon Panjang

Efesiensi = � −∑� ��− ��

�

Efesiensi =

+∑� ��− ��

m = [ −∑

� ]� %

3.6 Alat dan Bahan Pengujian

Pengukuran ini memerlukan alat dan bahan sebagai berikut:

1. Satu unit Motor DC TYP Gd 110/110 G-Mot Nr.7983733, dengan rating: Tegangan Nominal =220 V

P=1,2 KW IL = 7,1 A Ish = 0,177 A n= 1400 Rpm

Tahanan jangkar (GA-HB)= 3,8 ohm Tahanan medan seri (E-F) = 0,6 ohm

(7)

Tahanan medan shunt (J-K) = 1243 ohm

2. Satu unit Generator DC TYP Gf 110/140 Penguatan Bebas P =2 KW

Ish = 0,64 A IL = 9,1A N = 1500 Rpm

Tahanan medan shunt (J-K) = 333,33 ohm Tahanan Jangkar (GA-HB) = 1,5 ohm Tahanan medan seri (E-F) = 0,48 ohm

3. Rangkaian kontrol yang terdiri dari Magnetic Contactor, Push Button ON/OFF dan kabel

4. Roda Pejal dengan massa 6,5 Kg, diameter 26 cm

Gambar 3.1 Roda Pejal

5. Instrumen pengukuran terdiri dari Ampermeter, Voltmeter, Tachometer, dan Stopwatch

6. Power Suplai terdiri dari PT AC Tiga Phasa, PT DC, 7. Resistor Variabel

(8)

3.7 Rangkaian dan Prosedur Pengujian

Pada metode Perlambatan (Retardation Test) ini, terdiri dari beberapa urutan percobaan yaitu :

1. Percobaan Uji Retardasi dengan rotor sendiri tanpa eksitasi 2. Percobaan Uji Retardasi dengan roda pejal tanpa eksitasi 3. Percobaan Uji Retardasi dengan rotor sendiri eksitasi penuh 4. Percobaan Uji Retardasi dengan roda pejal eksitasi penuh

5. Percobaan pembebanan motor dc kompon panjang pada metode Retardasi 6. Percobaan pengukuran Parameter, yaitu : pengukuran tahanan jangkar

motor, pengukuran tahanan medan shunt, dan pengukuran tahanan medan seri

Rangkaian kontrol dalam uji retardasi ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.2 Rangkaian Kontrol

(9)

3.7.1 Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar berikut.

P

T

D

C

V1 A1 S1 A2 J K N A3 E F M GA HB

Gambar 3.3 Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi

2) Posisi power suplai dan tahanan variabel RSf pada keadaan minimum dan

saklar S ditutup lalu tekan tombol ON.

3) Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTDC hingga pembacaan tachometer pada kecepatan nominal motor yaitu 1400 rpm dan pembacaan ampermeter A2 dijaga konstan.

4) Atur tahanan variabel RSf hingga putaran motor mencapai putaran 1450 rpm.

5) Motor dibiarkan berputar beberapa saat pada kecepatan 1450 rpm, lalu bersiap-siap menekan tombol OFF dan pada saat bersamaan stopwatch juga dijalankan. Maka motor akan mengalami perlambatan, amati penurunan kecepatan motor. Waktu penurunan kecepatan motor dari 1450 rpm sampai

(10)

1350 pada stopwatch dicatat. Percobaan poin 2 sampai 5 diulang kembali sebanyak 10 kali percobaan.

3.7.2 Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar rangkaian percobaan dibawah ini. Roda pejal dikopel ke ujung poros rotor lalu dikunci.

P

T

D

C

V1 A1 S1 A2 J K N N A3 E F Rsf M GA HB

Gambar 3.4 Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi

2) Posisi power suplai dan tahanan varibel RSf pada keadaan minimum dan

saklar S ditutup lalu tekan tombol ON

3) Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTDC hingga pembacaan tachometer mencapai kecepatan nominal motor yaitu 1400 rpm dan ampermeter A2 dijaga konstan.

(11)

3.7.3 Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar berikut.

P

T

D

C

V1 A1 S1 A2 J K A3 N E F N Rsf M GA HB

Gambar 3.5 Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh

2) Posisi power suplai dan tahanan variabel RSf pada keadaan minimum dan

saklar S ditutup lalu tekan tombol ON.

3) Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTDC hingga pembacaan tachometer mencapai kecepatan nominal motor yaitu sebesar 1400 rpm dan ampermeter A2 dijaga konstan.

(12)

4) Atur tahanan variabel RSf hingga putaran motor mencapai putaran 1450 rpm.

3.7.4 Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar rangkaian percobaan dibawah ini. Roda pejal dikopel ke ujung poros rotor lalu dikunci.

P

T

D

C

V1 A1 S1 A2 J K A3 N E F N Rsf M GA HB

Gambar 3.6 Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh

2) Posisi power suplai dan tahanan varibel RSf pada keadaan minimum dan

(13)

3) Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTDC hingga pembacaan tachometer mencapai kecepatan nominal yaitu 1400 rpm dan ampermeter A2 dijaga konstan.

4) Atur tahanan variabel RSf hingga putaran motor mencapai putaran 1450 rpm.

3.7.5 Pengukuran Tahanan Jangkar Motor

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar berikut.

P

T

D

C

A S1

M GA

Gambar 3.7 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar

(14)

3) Saklar S ditutup, lalu tegangan PTDC dinaikkan sampai pembacaan ampermeter menunjukkan arus nominal jangkar 7,1 Ampere.

4) Pembacaan Voltmeter dan Ampermeter dicatat. Lalu nilai tahanan jangkar dihitung dengan membagi nilai tegangan dengan arus dari hasil percobaan.

3.7.6 Pengukuran Tahanan Medan Shunt Motor

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar di bawah ini.

P

T

D

C

V

A

Gambar 3.8 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Shunt

2) Power suplai pada kondisi minimum.

3) Saklar S ditutup, lalu tegangan PTDC dinaikkan sampai pembacaan ampermeter menunjukkan arus nominal 0,177 ampere.

4) Kemudian pembacaan voltmeter dan ampermeter dicatat. Lalu nilai tahanan jangkar dihitung dengan membagi nilai tegangan dengan arus dari hasil percobaan.

(15)

3.7.7 Pengukuran Tahanan Medan Seri Motor

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar di bawah ini.

P

T

D

C

V

A

Gambar 3.9 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Seri

2) Power suplai pada kondisi minimum.

3) Saklar S ditutup, lalu tegangan PTDC dinaikkan sampai pembacaan ampermeter menunjukkan arus nominal 5 ampere.

4) Kemudian pembacaan voltmeter dan ampermeter dicatat. Lalu nilai tahanan jangkar dihitung dengan membagi nilai tegangan dengan arus dari hasil percobaan.

3.7.8 Percobaan Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi

1) Rangkaian percobaan disusun seperti gambar dibawah ini. Semua power suplai pada keadaan minimum dan tahanan luar RL juga minimum.

(16)

AC P T D C 1 V1 A1 S1 A2 J K A3 E F M GA HB G GA HB A4 V1 PTDC 2 AC S2 S3 J K RL A5

Gambar 3.10 Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi

2) Saklar S1 ditutup lalu tegangan PTDC dinaikkan perlahan-lahan hingga tegangan motor V1 mencapai 200 volt lalu.

3) Saklar S2 ditutup lalu arus medan generator dinaikkan dengan PTDC sampai nominal 0,64 Ampere.

4) Saklar S3 ditutup kemudian beban generator diatur dengan menggeser tahanan variabel RL dari ¼ beban penuh, ½ beban penuh, ¾ beban penuh

(17)

5) Pembacaan voltmeter V1, ampermeter A1, A2 dan A3 serta putaran motor dicatat pada kondisi-kondisi pembebanan tersebut, sehingga diperoleh data pembebanan untuk tegangan dan Ish nominal.

(18)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengujian

Dari hasil pengujian di atas diperoleh data hasil percobaan sebagai berikut :

1. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Tanpa Eksitasi (dn = 1450-1350) No. Percobaan dt1 (s) No.Percobaan dt1 (s)

1 0,81 6 0,83

2 0,87 7 0,79

3 0,95 8 1,01

4 0,98 9 0,82

5 0,85 10 0,91

dt1 rata-rata = 0,88

Tabel 4.1 Data Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Tanpa Eksitasi

2. Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi (dn = 1450-1350) No. Percobaan dt1 (s) No.Percobaan dt1 (s)

1 2,86 6 2,55

2 2,06 7 2,49

3 2,80 8 2.03

4 2,69 9 2,54

5 2,87 10 1,98

dt1 rata-rata = 2,43

(19)

3. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh (dn = 1450-1350) No. Percobaan dt1 (s) No.Percobaan dt1 (s)

1 0,37 6 0,34

2 0,38 7 0,30

3 0,28 8 0,36

4 0,39 9 0,35

5 0,40 10 0,33

dt1 rata-rata = 0,35

Tabel 4.3 Data Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh

4. Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh (dn = 1450-1350) No. Percobaan dt1 (s) No.Percobaan dt1 (s)

1 0,80 6 1,04

2 0,86 7 0,90

3 0,94 8 1,01

4 0,99 9 0,98

5 1,03 10 0,86

dt1 rata-rata = 0,94

Tabel 4.4 Data Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh

5. Pengukuran Tahanan Jangkar Motor

V (volt) I (Ampere) R= (ohm)

27 7,1 3,8

(20)

6. Pengukuran Tahanan Medan Shunt

V (volt) I (Ampere) R= (ohm)

220 0,177 1243

Tabel 4.6 Data Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Shunt 7. Pengukuran Tahanan Medan Seri

V (volt) I (Ampere) R= (ohm)

3 5 0,6

Tabel 4.7 Data Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Seri

8. Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan

Beban Vt IL Ia Ish N

¼ beban penuh 200 2,18 2.02 0,16 1380

½ beban penuh 200 4,20 4,2 0,16 1350

¾ beban pehuh 200 5,76 5,6 0,16 1310

Beban penuh 200 7,06 6,9 0,16 1290

Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan

(21)

9. Data Pembebanan Generator DC saat dikopel pada Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan

Beban Vt Ia Ish N

¼ beban penuh 185 2.40 0,46 1380

½ beban penuh 170 4,64 0,46 1350

¾ beban pehuh 156 5,66 0,46 1310

Beban penuh 138 8,59 0,46 1290

Tabel 4.9 Data Hasil Pembebanan Generator DC saat dikopel dengan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan

4.2 Analisa Data

4.2.1 Umum

Dari data hasil pengukuran parameter motor dc kompon panjang pada tabel data hasil percobaan 4.5, 4.6 dan 4.7 diketahui besarnya tahanan jangkar motor sebesar 3.8 ohm, tahanan kumparan medan seri sebesar 0,6 ohm dan tahanan medan shunt sebesar 1243 ohm. Untuk menaikkan putaran motor dc kompon panjang, maka tahanan Rfs ditempatkan seri terhadap kumparan jangkar yang besar tahanannya sebesar 100 Ohm. Sedangkan tahanan RL yang digunakan beban lampu pijar 20x45 Watt dan dikelompokkan seri menjadi 4 bagian menjadi 5x45 Watt, dimana untuk mencapai beban penuh motor nilai RL akan terus berubah. Dalam pengujian pembeban motor dc kompon panjang, penulis menentukan pembagian dari ¼ beban penuh sampai beban penuh.

4.2.2 Perhitungan Momen Inersia Motor DC Kompon Panjang

Pada data hasil pengujian tabel 4.1 dan tabel 4.2 dapat ditentukan besarnya nilai momen inersia jangkar motor. Sebagaimana telah dipaparkan pada sub bab

(22)

sebelumnya, dimana momen inersia jangkar motor dapat dihitung dengan persamaan :

� = � � ₋ Dimana:

J =Momen Inersia jangkar motor (Kgm²)

J1 =Momen Inersia roda pejal yang dihitung dengan persamaan

J1 = �² (Kgm²)

t1 = selang waktu yang dibutuhkan untuk penurunan kecepatan jangkar motor dengan rotor sendiri dalam kondisi tanpa eksitasi (detik)

t2 = selang waktu yang dibutuhkan untuk penururan kecepatan jangkar motor dengan roda pejal dalam kondisi tanpa eksitasi (detik)

Untuk J1 :

J1 = �²

J1 = 6,5(0,13)²

J1 = 3,25(0,13)²

J1 = 0,0549

J1 = 0,055 Kgm²

(23)

� = � � ₋ J = 0,055x ,

, − ,

J = 0,055x ,

J = 0,055x0,567

J = 0,0312 Kgm²

4.2.3 Perhitungan Rugi-Rugi Rotasi Motor DC Kompon Panjang

Setelah diketahui momen inersia jangkar motor maka dapat dihitung rugi-rugi rotasi motor sebagai berikut :

Berdasarkan data hasil percobaan pada tabel 4.1 atau 4.2 dapat dicari rugi-rugi gesek dan angin motor, yaitu :

Wg+a = 0.011x J x n x atau Wg+a = 0,011x (J+J1) x n x

 Wg+a = 0.011x J x n x

= 0,011x0,0312x1400x −

= 0,011x0,0312x1400x113,64 = 54,60 Watt

Atau :

 W’g+a = 0,011x (J+J1) x n x

= 0,011x(0,0312+0,055)x1400x −

(24)

= 0,011x0,0862x1400x41,15 = 54,63 Watt Jadi :

Wg+a rata-rata = W+W′

= , + ,

= ,

= 54,61 Watt

Dari hasil perhitungan diatas diperoleh nilai rugi-rugi gesek dan angin motor rata-rata 54,61 Watt. Dan dari data hasil percobaan pada tabel 4.3 atau 4.4 dapat dicari rugi-rugi rotasi motor sebagai berikut :

Wrot = 0,011x J x n x atau Wrot = 0,011x (J+J1) x n x

 Wrot = 0,011x J x n x

= 0,011x0,0312x1400x −

= 0,011x0,0312x1400x285,72

=137,28 Watt

Atau :

 W’rot = 0,011x (J+J1) x n x

= 0,011x(0.0312+0,055)x1400x −

(25)

= 141,21 Watt

Jadi :

Wrot rata-rata = + ′

= , + ,

= ,

= 139,25 Watt

Berdasarkan perhitungan diatas didapat rugi-rugi rotasi motor rata-rata 139,25 Watt. Jadi dapat dihitung rugi-rugi inti di dalam motor, yaitu :

Winti = Wrot-Wg+a

= 139,25-54,61

= 84,64 Watt

4.2.4 Perhitungan Rugi-Rugi Konstan (Wc)

Wc = Wrot + Wsh, dimana : Wsh = (Ish)²x(Rsh)

= (0,177)²(1243)

= 38,94 Watt

Maka :

Wc = 139,25+38.94

(26)

4.2.5 Perhitungan Rugi-Rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang

1) Pada Saat Beban ¼ Beban Penuh (IL = ± 2,18 Ampere)

Data-data motor DC kompon panjang pada kondisi ¼ beban penuh adalah sebagai berikut :

Vt = 200 Volt

IL = 2,18 Ampere

Ia = 2,02 Ampere

Ish = 0,16 Ampere

n = 1380 Rpm

Berdasarkan data tersebut diatas maka dapat dihitung rugi-rugi motor DC kompon panjang pada situasi ¼ beban penuh yaitu :

 Pin = Vt.IL = 200 x 2,18 = 436 Watt

 Wc = Wrot + Wsh = 178,20 Watt

 Wa = Ia².Ra = (2,02)² x 3,8 = 15,50 Watt

 Wsr = Ia².Rs = (2,02)² x 0,6 = 2,45 Watt

 Wbd = 2.Ia = 2 x 2,02 = 4,04 Watt Maka rugi-rugi total motor DC kompon panjang adalah : ∑W = Wc + Wa + Wsr + Wbd

= 178,20+15,50+2,45+4,04

(27)

Jadi efisiensi Motor DC Kompon Panjang pada kondisi ¼ beban penuh adalah :

m = [1-∑�

� ] x 100%

= [1- , ]x100%

= [1-0,4591]x100%

= 0,5408x100%

= 54,08%

2) Pada Saat Beban ½ Beban Penuh ( IL = 4,36 Ampere )

Data-data motor DC kompon panjang pada kondisi ½ beban penuh adalah sebagai berikut :

Vt = 200 Volt

IL = 4,36 Ampere

Ia = 4,20 Ampere

Ish = 0,16 Ampere

n = 1350 Rpm

Berdasarkan data tersebut diatas maka dapat dihitung rugi-rugi motor DC kompon panjang pada situasi ½ beban penuh yaitu :

 Pin = Vt.IL = 200 x 4,36 = 872 Watt

(28)

 Wa = Ia².Ra = (4,20)² x 3,8 = 67,03 Watt

 Wsr = Ia².Rs = (4,20)² x 0,6 = 10,58 Watt

 Wbd = 2.Ia = 2 x 4,20 = 8,40 Watt Maka rugi-rugi total motor DC kompon panjang adalah : ∑W = Wc + Wa + Wsr + Wbd

= 178,20+67,03+10,58+8,40

= 264,21 Watt

Jadi efisiensi Motor DC Kompon Panjang pada kondisi ¼ beban penuh adalah :

m = [1-∑�

� ] x 100%

= [1- , ]x100%

= [1-0,3030]x100%

= 0,6970x100%

=69,70%

3) Pada Saat Beban ¾ Beban Penuh ( IL = 5,76 Ampere )

Data-data motor DC kompon panjang pada kondisi ¾ beban penuh adalah sebagai berikut :

Vt = 200 Volt

(29)

Ia = 5,60 Ampere

Ish = 0,16 Ampere

n = 1310 Rpm

Berdasarkan data tersebut diatas maka dapat dihitung rugi-rugi motor DC kompon panjang pada situasi ½ beban penuh yaitu :

 Pin = Vt.IL = 200 x 5,76 = 1152 Watt

 Wc = Wrot + Wsh = 178,20 Watt

 Wa = Ia².Ra = (5,60)² x 3,8 = 119,17 Watt

 Wsr = Ia².Rs = (5,60)² x 0,6 = 18,81 Watt

 Wbd = 2.Ia = 2 x 5,60 = 11,20 Watt Maka rugi-rugi total motor DC kompon panjang adalah : ∑W = Wc + Wa + Wsr + Wbd

= 178,20+119,17+18,81+11,20

= 327,38 Watt

Jadi efisiensi Motor DC Kompon Panjang pada kondisi ¼ beban penuh adalah :

m = [1-∑�

� ] x 100%

= [1- , ]x100%

= [1-0,2841]x100%

(30)

4) Pada Saat Beban Penuh ( IL = 7,06 Ampere )

Data-data motor DC kompon panjang pada kondisi ½ beban penuh adalah sebagai berikut :

Vt = 200 Volt

IL = 7,06 Ampere

Ia = 6,90 Ampere

Ish = 0,16 Ampere

n = 1290 Rpm

Berdasarkan data tersebut diatas maka dapat dihitung rugi-rugi motor DC kompon panjang pada situasi ½ beban penuh yaitu :

 Pin = Vt.IL = 200 x 7,06 = 1412 Watt

 Wc = Wrot + Wsh = 178,20 Watt

 Wa = Ia².Ra = (6,90)² x 3,8 = 180,92 Watt

 Wsr = Ia².Rs = (6,90)² x 0,6 = 28,57 Watt

 Wbd = 2.Ia = 2 x 6,90 = 13,80 Watt Maka rugi-rugi total motor DC kompon panjang adalah : ∑W = Wc + Wa + Wsr + Wbd

= 178,20+180,92+28,57+13,80

= 401,50 Watt

(31)

m = [1-∑�

� ] x 100% = [1-,

]x100%

= [1-0,2844]x100%

= 0,7156x100%

=71,56%

Dilihat dari hasil analisa data rugi-rugi dan efisiensi motor DC Kompon Panjang dengan metode Perlambatan (Retardation Test) dapat disusun pada tabel berikut :

No. Vt(Volt) IL(A) Ia(A) Ish(A) n(rpm) Pin(Watt) ∑W(Watt) m(%) 1 200 2,18 2,02 0,16 1380 436 200,19 54,08 2 200 4,36 4,20 0,16 1350 872 264,21 69,70 3 200 5,76 5,60 0,16 1310 1152 327,38 71,58 4 200 7,06 6,90 0,16 1290 1412 401,50 71,56

Tabel 4.10 Data Rugi-rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang dengan Beban Bervariasi pada Metode Retardasi

Berikut ini adalah grafik antara efisiensi terhadap perubahan beban

Gambar 3.11 Grafik antara Efisiensi terhadap Beban

54,08

69,7 71,58 71,56

0 10 20 30 40 50 60 70 80 1/4 beban penuh 1/2 beban penuh 3/4 beban penuh beban penuh ηm(%) EFISIENNSI VS BEBAN

Beban

(32)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari pembahasan yang telah dibuat, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Dari hasil pengujian berbeban Motor DC Kompon Panjang dengan metode Perlambatan (Retardation Test) dapat disimpulkan efisiensi terbaik didapat pada pada kondisi ¾ beban penuh yaitu 71,58% dan efisiensi terendah terjadi pada saat kondisi ¼ beban penuh yaitu 54,08%.

2. Metode Perlambatan terbukti dapat digunakan untuk mendapatkan besar efisiensi dari suatu motor dc kompon panjang, sehingga diketahui kemampuan motor tersebut.

3. Dari hasil pengujian Motor DC Kompon Panjang dengan metode Perlambatan (Retardation Test) didapat rugi-rugi inti sebesar 84,64 Watt dan rugi-rugi terbesar terjadi pada kondisi beban penuh sebesar 401,50 Watt.

5.2 Saran

Berikut merupakan beberapa saran yang bisa diberikan dari hasil tugas akhir ini, yakni :

1. Pada pengujian selanjutnya disarankan agar tahanan variabel yang ditambahkan pada saat menambah kecepatan motor dihitung.

(33)

2. Disarankan untuk menguji motor DC lainnya

3. Disarankan untuk penelitian berikutnya menggunakan sistem yang otomatis pada saat memadukan penurunan putaran dengan penghitungan waktu, sehingga data yang didapat lebih akurat.

(34)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Arus Searah

Motor arus searah (DC) merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis yang biasanya digunakan, misalnya; memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakkan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Mesin yang bekerja baik sebagai generator DC dalam kenyataannya akan bekerja baik juga sebagai motor DC, karena hampir pada semua prinsip pengoperasiannya motor arus searah identik dengan generator arus searah. Motor juga dimanfaatkan pada peralatan rumahan (mixer, bor listrik, fan angin) dan juga dibidang industri.

Motor arus searah disuplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor arus searah dinamakan stator yaitu bagian yang diam (tidak berputar) dan kumparan jangkar dinamakan rotor yaitu bagian yang berputar. Terjadinya putaran pada kumparan jangkar dan pada medan magnet yang menimbulkan tegangan (GGL) yang arahnya berubah-ubah pada setiap setengah putaran yang menimbulkan tegangan bolak balik apabila bekerja sebagai generator. Jadi pada prinsip kerja generator arus searah adalah dengan membalik phasa tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator.

Proses pengkonversian energi listrik menjadi energi mekanik berlangsung di dalam medan magnet. Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi

(35)

antara dua fluksi magnetik. Dimana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan menghasilkan fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet tersebut akan menimbulkan suatu gaya sehingga menimbulkan torsi.

Motor arus searah biasanya digunakan terutama untuk melayani beban dengan torsi start yang besar dan memiliki efisiensi yang tinggi sehingga lebih unggul bila dibandingkan dengan motor induksi ataupun motor sinkron. Pada penggunaannya motor arus searah harus disesuaikan dengan kebutuhan agar ekonomis dan efisiensi. Untuk memenuhi semuannya ini, maka diperlukan motor arus searah yang memiliki efisiensi dan torsi tinggi. Ketika motor arus searah dibebani, maka fluksi akan berkurang dan amper-turn medan akan berkurang juga. Hal tersebut diakibatkan oleh karena adanya reaksi jangkar. Bentuk motor arus paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas diantara kutub-kutub magnet permanen.

Gambar 2.1 Motor DC Sederhana

Catu tegangan DC dari baterai menuju lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu

(36)

lilitan pada gambar di atas disebut angker dinamo yaitu sebutan untuk komponen yang berputar diantara medan magnet.

2.2 Kontruksi Motor Arus Searah

Motor arus searah secara umum dibagi atas dua bagian, yakni bagian yang diam (stator) dan bagian yang berputar (rotor). Berikut gambar kontruksi motor arus searah secara utuh tampak luar.

Gambar 2.2(a) Kontruksi Motor Arus Searah

Motor arus searah bagian stator dan rotor tampak dalam akan ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

(37)

Gambar 2.2 (b) Kontruksi Stator dan Rotor Motor Arus Searah

Gambar 2.2 (c) Kontruksi Rotor Motor Arus Searah

Bagian-bagian dari motor arus searah seperti yang ada pada gambar diatas antara lain:

1. Rangka atau Gandar

Rangka motor arus searah merupakan tempat menempelnya sebagian besar komponen mesin dimana fungsinya untuk melindungi mesin, sarana

(38)

pendukung mekanik secara ke keseluruhan dan membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet. Umumnya terbuat dari baja tuang (cast steel) untuk mesin-mesin besar dan besi tuang (cast iron) untuk mesin kecil.

2. Kutub Medan

Kutub Medan terdiri dari inti kutub dan sepatu kutub, dimana sepatu kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah menyebarkan fluks pada celah udara dan juga mengurangi reluktansi jalur magnet itu karena sepatu kutub merupakan bidang lebar.

Gambar 2.2 (d) Kontruksi Inti Kutub dan Penempatannya 3. Sikat

Sikat merupakan penghubung atau jembatan arus untuk mengalir ke lilitan jangkar. Dimana permukaan sikat ditempelkan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Sikat harus lebih lunak dari komutator supaya gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak menimbulkan arus komutator.

(39)

4. Kumparan Medan

Kumparan Medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. Rangkain medan berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama dibentuk dari kumparan pada setiap kutub.

5. Inti Jangkar

Inti Jankar yang biasa digunakan pada motor arus searah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya sebagai tempat melilitkan kumparan-kumparan penghasil GGL induksi. Inti jangkar terbuat dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar komponen-komponen (lilitan jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya GGL induksi dapat bertambah besar. Bahan yang digunakan untuk jangkar sejenis campuran baja silikon.

Gambar 2.2 (e) Inti Jangkar yang Berlapis-lapis 6. Kumparan Jangkar

Kumparan Jangkar pada motor arus searah berfungsi untuk tempat timbulnya torsi. Dimana fluks yang dibangkitkan oleh kumparan jangkar akan dipotong konduktor jangkar. Pada motor DC penguatan kompon panjang kumparan medan serinya diserikan terhadap kumparan jangkar,

(40)

sedangkan pada motor DC pengutan kompon pendek kumparan medan serinya diparelelkan terhadap kumparan jangkar.

7. Komutator

Komutator berfungsi sebagai fasilitas penghubung arus dari konduktor jangkar, sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama sikat membuat suatu kerjasama yang disebut komutasi. Komutator digunakan dalam jumlah yang besar sehingga dapat menyearahkan dengan baik dan berbentuk lempengan-lempengan (segmen komutator) dan terdapat bahan isolasi.

Gambar 2.2 (f) Komutator

2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah

(41)

Motor DC bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi magnetic. Ketika kumparan medan dan kumparan jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan DC seperti gambar 2.3, maka pada kumparan medan mengalir arus medan (If), 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 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 berikut ini [5] :

F = B .i .l (2.1)

Dimana :

F= gaya yang bekerja pada konduktor (N) B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2) i = arus yang mengalir pada konduktor (A) l = panjang konduktor (m)

Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri Flemming. Kaidah tangan kiri menyatakan, jika jari telunjuk menyatakan arah dari vektor kerapatan fluks B dan jari tengah menyatakan arah dari vektor arus I, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada konduktor tersebut.

Gaya yang timbul pada konduktor jangkar tersebut akan menghasilkan momen putar atau torsi. Torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan persamaan 2 berikut ini :

(42)

Ta = F .r (2.2)

Dimana : Ta = torsi jangkar (N-m)

r = jari-jari motor (m)

Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar dari pada torsi beban maka motor akan berputar.

2.4 Reaksi Jangkar

Reaksi jangkar merupakan medan magnet yang disebabkan oleh mengalirnya arus pada jangkar, dimana jangkar tersebut berada di dalam mangnet. Reaksi jangkar mengakibatkan terjadinya 2 hal yaitu :

2. Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama. 3. Magnetisasi silang.

Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak dialiri oleh arus, maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub berasal dari kutub utara menuju kutub selatan seperti terlihat pada Gambar 2.2 berikut ini :

(43)

Dari Gambar 2.4 (a) dapat dijelaskan bahwa :

 Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis

 Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.

Bidang netral magnetis didefenisikan sebagai bidang di dalam motor dimana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet, sehingga gaya gerak listrik industry pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari Gambar 2.4 (a) sikat selalu ditempatkan disepanjang bidang netral magnetis. Oleh karena itu, bidang netral magnetis disebut juga sebagai sumbu komutasi karena pembalikan arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OFM mewakili besar dan arah

dari fluksi medan utama, dimana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral matgnetis.

Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri arus listrik sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar timbul ggm atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada Gambar 2.4 (b) berikut ini :

Gambar 2.4 (b) Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Jangkar

Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar ditentukan dengan aturan putaran sekrup. Besar dan arah garis gaya magnet tersebut

(44)

diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang netral magnetis. Pada

prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar dan konduktor medan sama-sama dialiri oleh arus listrik, distribusi fluksi resultan diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karenanya distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat pada Gambar 2.4 (c) berikut ini :

Gambar 2.4 (c) Hasil Kombinasi antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar

Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang fluksi medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan memperkuat fluksi medan utama pada setengah bagian yang lain. Hal ini jelas akan menyebabkan penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan terjadi kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang sama. Efek dari intensitas medan magnet atau lintasan fluksi pada jangar yang memotong lintasan fluksi medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar magnetisasi silang (cross-magnetization).

(45)

Magnetisasi silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.4 (c) terlihat bahwa vektor OF merupakan resultan vektor OFA dan OFM,

serta posisi bidang netral magnetis yang baru, dimana selalu tegak lurus terhadap

vektor OF. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena posisi

bidang netral magnetis ini selalu tagak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat sikat.

Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan titik jenuhnya sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Apabila kejenuhan magnetik terjadi, maka efek penguatan fluksi resultan lebih kecil bila dibandingkan dengan efek pelemahan fluksi resultan atau dengan kata lain pertambahan kerapatan fluksi resultan pada salah satu bagian kutub lebih sedikit bila dibandingkan dengan pengurangan kerapatan fluksi pada bagian yang lainnya. Sehingga fluksi resultan akan berkurang dari harga tanpa bebannya. Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik.

Akibat pelemahan fluks ini, efek yang ditimbulkan pada motor arus searah 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, perlu dilakukannya 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)

(46)

3. Belitan kompensasi (Compensating Windings)

2.5 Jenis-jenis Motor Arus Searah

Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis penguatannya yaitu hubungan rangkaian kumparan medan magnet dengan kumparan jangkar. Sehingga motor arus searah dibedakan menjadi :

1. Motor arus searah penguatan bebas 2. Motor arus searah penguatan sendiri

2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Dimana kumparan medan disuplai dari sumber tegangan DC tersendiri.

a. Rangkaian Ekivalen

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas dapat dilihat pada Gambar 2.5 (a) berikut ini :

Ea _R_f Vf

-Gambar 2.5 (a) Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Bebas Persamaan umum motor arus searah penguatan bebas

(47)

V = Ea+ IaRa (2.3)

V = I + R (2.4)

Dimana: V = tegangan terminal jangkar motor arus searah Volt I_a = arus jangkar Ampere

R_a= tahanan jangkar Ohm

I = arus medan penguatan bebas Ampere R = tahanan medan penguatan bebas Ohm

V = tegangan terminal medan penguatan bebas Volt E_a = gaya gerak listrik motor arus searah Volt

b. Karakteristik

Karakteristik motor arus searah dapat ditunjukkan dengan penambahan beban sehingga Tb > Tindakan menyebabkan perlambatan putaran motor (ω) dari

hubungan persamaan EB = k.Φ.ω.

Menurunnya nilai ω akan berakibat jatuhnya tegangan EB, begitu juga dari

hubungan persamaan U = EB + IA.RA, maka IA bertambah. Dengan naiknya IA, maka

kopel induksinya pun akan meningkat (persamaan Tind = k. Φ.IA) untuk

mengimbangi kopel beban dan akhirnya besar kopel induksinya sama dengan kopel beban pada kecepatan putar yang lebih rendah dari semula.

(48)

2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri

Motor arus searah penguatan sendiri terbagi atas tiga, yaitu: motor arus searah penguatan shunt, motor arus searah penguatan seri dan motor arus searah penguatan kompon.

1. Motor Arus Searah Penguatan Shunt a. Rangkaian Ekivalen

R

E

+

-I

V

R

I

Gambar 2.5(b) Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Shunt

Persamaan umum motor arus searah penguatan shunt

Vt=Ea+IaRa

Vsh=Vt=Ish . Rsh (2.5)

IL=Ia+Ish (2.6)

Dimana : I_sh=arus kumparan medan shunt (Ampere)

V_sh=tegangan terminal medan shunt motor arus searah Volt R_sh=tahanan medan shunt (Ohm)

(49)

b. Karakteristik

Pada dasarnya karakteristik motor arus searah jenis ini memiliki karakteristik yang sama dengan karakteristik motor arus searah berpenguatan terpisah apabila diberikan pasokan tegangan yang cukup stabil.

2. Motor Arus Searah Penguatan Seri a. Rangkaian Ekivalen

R

E

+

-I

V

I

R

Gambar 2.5(c) Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Seri Persamaan umum motor arus searah penguatan seri

Vt= Ea+ Ia Ra+ Rs (2.7)

Ia= [V_Rt- Ea

a- Rs] (2.8)

Ia= IL= If

Dimana : I_a=arus kumparan medan seri (Ampere) R_s=tahanan medan seri (Ohm)

(50)

R_a=tahanan jangkar (Ohm)

E_a=gaya gerak listrik motor arus searah Volt

V_t=tegangan terminal jangkar motor arus searah Volt b. Karakteristik

Ketika beban meningkat, IA bertambah dan fluks meningkat. Maka Tind pun

akan meningkat secara kuadratis terhadap arus jangkar IA. Jadi, pada saat

kondisi kejenuhan tercapai, fluks tidak lagi akan tergantung pada IA, maka Tind

sebanding dengan IA dan kurvanya akan berbentuk garis lurus.

Adapun hubungan antara kopel dan kecepatannya:

IA = √Tind

Ketika kopel induksi menuju nol, maka kecepatan putar motor akan menuju ke harga tak berhingga, hal ini merupakan salah satu kerugian motor arus searah berpenguatan seri.

Namun dalam praktiknya, kopel induksi tersebut tidak dapat menjadi nol karena adanya rugi-rugi mekanis, inti, dan rugi besi yang harus diatasi. Bagaimanapun, jika tidak ada beban yang dihubungkan ke motor arus searah jenis ini, maka putaran motor menjadi sangat cepat dan cukup membahayakan. Karenanya jangan pernah sama sekali tidak membebankan motor jenis ini dan

(51)

juga dalam menghubungkan dengan beban jangan menggunakan mekanisme penggerak yang mudah putus seperti ban-kopel (V-belt).

3. Motor Arus Searah Penguatan Kompon

Motor arus searah penguatan kompon terbagi atas dua, yaitu : 3.1Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek

Ra Ea

-IL

Rsh

Ish

Gambar 2.5 (d) Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Kompon Pendek

Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon pendek

IL=Ia+Ish

Vt=Ea+IaRa+ILRs (2.9)

Pin=VtIL (2.10)

Dimana : I_LR_s=tegangan jatuh pada kumparan seri

IaRa=tegangan jatuh pada kumparan jangkar Ea=gaya gerak listrik motor arus searah Volt

(52)

3.2Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang a. Rangkaian Ekivalen

Ra Ea

-IL

Rsh

Ish Ia

Gambar 2.5 (e) Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Kompon Panjang

Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon panjang

IL=Ia+Ish

Vt=Ea+Ia(R_a+Rs) (2.11)

Pin=VtIL Vt=Vsh

Dimana : I_aR_s=tegangan jatuh pada kumparan seri

IaRa=tegangan jatuh pada kumparan jangkar

b. Karakteristik

Motor DC penguatan kompon memiliki dua kumparan medan yakni kumparan medan shunt dan kumparan medan seri. Berikut ini tiga karakteristik dari sebuah motor DC penguatan kompon panjang:

(53)

Dengan penambahan arus jangkar (Ia) sehingga ( ) bertambah dan torsi (T) juga besar.

T=K.∅m.Ia dimana ∅m=∅sh+∅s

T=K(∅sh+∅s)Ia (2.12)

Jika fluksi medan shunt lebih besar dibandingkan medan seri maka bentuk karakteristik torsi dan arus seperti kurva 1. Sedangkan jika fluksi medan seri lebih besar dibandingkan dengan medan shunt maka bentuk karakteristik torsi dan arus seperti kurva 2. Gambar karakteristik untuk torsi dan arus dapat dilihat seperti gambar berikut ini:

Gambar 2.5 (f) Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar

2. Karakteristik Putaran (n=n(Ia))V

Untuk motor kompon panjang:

Vt=Ea+Ia(Ra+Rs) (2.13)

(54)

Ea=C(∅sh+∅s)n (2.15)

Jadi :

n

∅ ℎ+∅ [Vt − Ia Ra + Rs ] (2.16)

Dengan pertambahan arus jangkar (Ia), fluks (∅) juga akan bertambah dan [Vt-Ia(Ra+Rs)] berkurang. Dengan pertambahan arus jangkar maka kecepatan jatuh pada motor kompon lebih cepat dibandingkan dengan motor arus shunt. Karakteristik dari kecepatan dengan arus jangkar dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.5(g) Karakteristik Kecepatan dan Arus Jangkar

3. Karakteristik Mekanis (T=T(n))V

Ini merupkan kurva antara kecepatan (n) dan torsi (T) dari motor DC. Jika torsi T=k.∅.Ia bertambah, maka nilai (Ia) bertambah, sedangkan fluks (∅) tetap. Dengan bertambahnya torsi (T) maka kecepatan (n) akan menurun, maka kurva motor kompon ini sama dengan motor shunt. Untuk medan shunt karakteristik kecepatan dan torsi ini mendekati ke motor shunt

(55)

seperti kurva 1. Sedangkan untuk medan seri karakteristik kecepatan dan torsi mendekati ke motor seri seperti kurva 2. Seperti gambar berikut:

Gambar 2.5(h) Karakteristik Kecepatan dan Torsi

2.6 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 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 :

(56)

Daya input V IL Watt

Daya mekanis yang dibangkitkan di

dalam jangkar Ea Ia Watt

Daya output motor Tshω Watt

Rugi-rugi tembaga

Rugi-rugi besi dan mekanis

Energi Listrik Energi

mekanis

Gambar 2.6 (a) 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.

2.6.1 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 Rf dan Ra, maka jika mengalir arus searah sebesar If dan Ia

akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :

Pa=Ia2Ra (2.17)

(57)

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

2.6.2 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.

Gambar 2.6(b) Perputaran Jangkar di dalam Motor Dua Kutub

Gambar 2.6(b) 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

(58)

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 :

Ph= Bmax1,6 f υ Watt (2.19)

Dimana : P_h=rugi hysteresis

B_max=rapat fluks maksimum di dalam jangkar f =frekuensi pembalikan magnetik

= ₁₂₀n P dimana n dalam rpm dan P=jumlah kutub

υ=volume jangkar m3

=koefisien hysteresis Steinmentz 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

(59)

menjadi besar. Besarnya nilai arus pusar dapat dikurangi dengan membuat resistansi inti sebesar mungkin secara praktisnya.

(1) (2)

Gambar 2.6 (c1) Arus pusar di dalam jangkar yang padat (c2) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi

2.6.3 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. 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

(60)

dipasangkan pada rotor di dalam motor. Rugi-rugi angin ini bervariasi tergantung pada kecepatan rotasi motor tersebut.

2.6.4 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 Vbd. Jatuh tegangan sikat ini

menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar :

Pbd=Vbd.Ia (2.20)

Dimana : P_bd=rugi daya akibat tegangan sikat I_a=arus jangkar

V_bd=jatuh tegangan sikat

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:

Pbd=2 x Ia (2.21)

2.6.5 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.

(61)

Rugi-rugi beban stray ini tidak dapat dikategorikan ke dalam tipe rugi-rugi yang disebutkan di atas. Di dalam perhitungan 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:

a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (Ia2Ra).

b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri (Ia2Rs)

c. Rugi jatuh tegangan sikat (VbdIa)

Sehingga rugi-rugi total di dalam motor DC adalah :

∑ Rugi-Rugi = Rugi Konstan + Rugi Variabel

2.7 Efisiensi Mesin Arus Searah 2.7.1 Efisiensi Generator

(62)

Gambar 2.7(a) Aliran Daya Generator DC [1] Efisiensi dapat dibagi menjadi tiga, yaitu:

1. Efisiensi Mekanik

�� = = � � � � � � � � � � � � � � �

= ��

�� 2. Efesisnsi Elektrik

�� = = � � � �

� � � � � � � � =�� 3. Efisiensi Keseluruhan atau Komersial

�� = = � � � � � � � � � � �

2.7.2 Efisiensi Motor

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

(63)

Efisiensi =

� � %

Dimana: Pin = Daya masukan Pout = Daya keluaran

Karena, Pout = Pin-∑ Rugi-rugi Dan, Pin = Pout+ ∑ Rugi-rugi

Maka,efisiensi motor DC dapat ditunjukkan dalam bentuk sebagai berikut:

Efisiensi =Pi −∑r i−r i Pi Efisiensi= P

P +∑r i−r i

Metode yang paling nyata dalam menentukan efisiensi motor DC adalah membebaninya langsung dan mengukur daya masuk dan keluarnya. Namun, metode ini harus memperhatikan tiga hal utama yaitu metode ini membutuhkan pembebanan pada motor. Kedua, untuk motor-motor dengan rating daya yang besar, beban-beban yang diperlukan tidak mungkin diperoleh. Ketiga, bahan lebih mustahil untuk memberikan beban sedemikian rupa, karena daya yang besar akan terbuang menjadikan metode ini sangat mahal.

Metode yang paling umum untuk mendapatkan efisiensi motor DC adalah menentukan rugi-ruginya dari pengukuran daya masukan dan daya keluarannya pada saat berbeban. Metode ini memiliki keuntungan yang nyata karena lebih mudah dan ekonomis.

(64)

Berikut ini adalah gambar aliran daya pada motor DC

Gambar 2.7(b) Aliran Daya Motor [1] Efisiensi motor dapat dibagi tiga, yaitu:

1. Efisiensi Mekanik

�� = = � ��

� � = ��

2. Efesiensi Elektrik

�� = = �

� ��

3. Efesiensi Keseluruhan atau Komersial

�� = = �

� �

Terlihat pada gambar 2.7(b) bahwa A-B = rugi tembaga dan B-C = rugi besi dan gesekan

2.8 Pengujian Motor Arus Searah

Suatu mesin arus searah perlu dilakukan pengujian guna menentukan efisiensi dan rugi-rugi daya dari mesin arus searah (generator maupun rotor) yang

(65)

diuji, sehingga kita bisa mengetahui kenerja dari mesin tersebut. Ada beberapa metode pengujian yang dapat dilakukan pada mesin arus searah.

2.8.1 Uji Swinburne atau Uji Tanpa Beban

Uji ini hanya dapat dilakukan pada mesin arus searah yang memiliki fluks konstan, yaitu motor arus searah paralel dan motor arus searah kompon. Percobaan ini menggunakan rangkaian uji seperti pada gambar berikut:

Gambar 2.8(a) Rangkaian Uji Swinburne[2] 2.8.2 Uji Regeneratif atau Uji Hopkinson

Uji regeneratif dilakukan untuk mendapatkan efesiensi dari mesin arus searah pararel (baik itu motor maupun generator) yang diuji. Pada metode ini motor arus searah dan generator arus searah (diusahakan keduanya memiliki parameter yang identik) dikopel secara mekanis. Keluaran generator peda pengujian ini tidak dibuang percuma, melainkan diumpankan ke penguat medan kedua mesin yang diuji tersebut.

(66)

2.8.3 Uji Medan

Metode uji medan dilakukan untuk menguji motor arus searah seri. Prinsip pengujiannya adalah dengan mengkopel dua mesin arus searah, dimana mesin yang satu bekerja sebagai motor dan mesin yang lain bekerja sebagai generator. Keluaran dari generator dibuang ke tahanan R yang dipasang pada rangkaian uji. Rugi-rugi inti dan gesekan kedua mesin dibuat sama dengan cara menghubung seri kumparan medan generator dengan rangkaian jangkar motor sehingga penguatannya sama maka rugi-rugi inti sama dan memutar kedua mesin dengan kecepatan yang sama yang bertujuan untuk mendapatkan rugi-rugi gesekan yang sama pada kedua mesin. Berikut gambar rangkaian uji medan:

Gambar 2.8(b) Rangkaian Uji Medan [1]

2.8.4 Uji Rem (Brake Test)

Motor arus searah diberi catu daya arus searah dengan tegangan nominal, kemudian poros motor dibebani (dengan mengunakan puli) sampai amperemeter menunjukkan arus beban penuhnya.

(67)

2.8.5 Uji Perlambatan atau Retardation Test

Uji perlambatan (retardation test) ini diterapkan untuk motor arus searah, untuk mencari rugi butanya. Pada metode perlambatan kita akan mendapatkan rugi-rugi rotasi meliputi rugi-rugi-rugi-rugi besi dan mekanis (gesek dan angin) dari mesin yang diuji. Selanjutnya dengan mengetahui rugi-rugi tembaga kumparan pada saat berbeban, efisiensi dapat dihitung pada saat pembebanan tersebut. Anggap motor dc kompon panjang bekerja pada saat tanpa beban, maka prinsipnya sebagai berikut:

1. Jika suplai ke jangkar dilepas tetapi medan tetap dieksitasi normal, motor tersebut akan melambat secara bertahap dan akhirnya berhenti. Energi kinetik jangkar digunakan untuk mengatasi rugi-rugi mekanis (gesek dan angin) dan rugi-rugi besi.

2. Jika suplai ke jangkar dan medan dilepas bersamaan, motor juga akan melambat dan akhirnya berhenti. Pada kasus ini energi kinetik jangkar digunakan hanya untuk mengatasi rugi-rugi mekanis (gesek dan angin) saja. Ini diperkirakan karena tidak adanya fluks sehingga tidak ada rugi-rugi besi.

Dengan menjalankan pengujian pertama, kita akan mendapatkan nilai rugi-rugi gesek, angin dan besi. Namun demikian, jika kita menjankan pengujian kedua, maka dapat dipisahkan antara rugi-rugi mekanis dengan rugi-rugi besi. Besarnya energi kinetik dari putaran jangkar atau rotor (rugi-rugi putaran) sebesar:

Ek= Jω² (2.22)

(68)

ω = kecepatan sudut, (rad/s) = �

n = putaran normal (rpm)

Maka pada metode retardasi, laju perubahan energi kinetik dianggap untuk mengatasi rugi-rugi rotasi motor. Jika perubahan energi kinetik ini disimbolkan dengan ∆�, maka:

∆ = � (2.23)

∆ = �� (2.24)

= J� � (2.25)

1. Menentukan dw/dt

Pada pengujian metode perlambatan digunakan rangkaian seperti gambar berikut:

Gambar 2.8(c) Rangkaian Uji Perlambatan Arus Searah [1]

Seperti pada gambar 2.8(c) diatas sebuah Voltmeter V dihubungkan dengan kumparan jangkar. Voltmeter digunakan sebagai indikator kecepatan dengan peningkatan yang sesuai, karena E � N, dan N ��. Ketika catu daya diputus, kecepatan putar jangkar menurun dan juga tegangan yang ditunjukkan oleh Voltmeter menurun. Dengan memperhatikan nominal dari

(69)

tegangan yang jatuh (menurun) pada lamanya waktu yang berbeda, sebuah kurva digambarkan antara waktu dan kecepatan (didapat dari nilai tegangannya).

Gambar 2.8(d) Kurva Hasil Uji Perlambatan Arus Searah

Dari gambar P yang dihubungkan ke kecepatan normal, sudut tegangan AB digambar, kemudian:

= _�

Dari persamaan (2.25), dimana � =2�N/60 (N dalam rpm), sehingga:

W = � [ � ] [ � ] (2.26)

W = [ �]²�. (2.27)

W = , �. (2.28)

W = Ek = , �. (2.29)

2. Menentukan Momen Inersia

Ada dua metode dalam menentukan momen inersia, yaitu: yang pertama metode dengan menghitung momen inersia dan yang kedua metode dengan mengeliminasi momen inersia.

(70)

Pertama-tama kurva penurunan (retardasi) digambar dengan jangkar saja. Kemudian roda gila dari momen inersia J1 dikunci pada poros dan kurva penurunan digambar kembali. Waktu perlambatan akan lebih lama karena adanya kombinasi peningkatan momen inersia. Untuk tiap kecepatan yang diberikan, dN/dt1 dan dN/dt2 ditentukan seperti sebelumnya. Perlu diingat

bahwa rugi-rugi pada kedua kasus hampir sama, karena penambahan roda gila tidak terlalu berpengaruh (diabaikan) terhadap rugi-rugi.

Dari persamaan (2.29) diatas, maka: Pada kasus pertama, �� = [ �]²�.

Pada kasus kedua, �� = [ �]². � + � .

� + � . [ ] = �. [ ]

Atau

[ + ] = [ ]/[ ]

� = � � _/ /₋ _/ � = � � ₋

� = � � ₋ (2.30)

Karena nilai J1, t1 dan t2 (dari pengamatan pada percobaan), maka momen inersia jangkar (J) dan rugi-rugi rotasinya (W=Ek) dapat ditentukan. b. Metode Dengan Mengeliminasi Momen Inersia

Dalam metode ini, pertama-tama waktu diambil atau dicatat pada saat terjadi perlambatan, katakanlah 5% dicatat pada kondisi hanya jangkar saja. Berikutnya, kopel perlambatan mekanis atau elektris dipasok ke jangkar dan

(71)

waktu dicatat lagi. Metode menggunakan kopel elektris diperlihatkan pada gambar 2.8(c), saklar ganda S ketika memutus jangkar dari tegangan catu dayanya, secara otomatis menghubungkannya dengan resistansi. Daya yang ditarik oleh resistansi ini berlaku sebagai kopel perlambatan pada jangkar, dengan begitu membuatnya menjadi lambat dengan cepat.

Rugi-rugi tambahan = Ia².(Ra+R) atau V.Ia

Dimana: Ia arus rata-rata melalui R, V tegangan rata-rata di R. Ambil Ek sebagai daya, maka:

�� = [ �] �.

�′_{� + �� = [} �_{] �.} _Sehingga: � +�′

� =

�� = �′�� ₋

Dimana: dN/dt1= kisar perubahan kecepatan tanpa beban tambahan dN/dt2= kisar perubahan kecepatan dengan beban tambahan

(72)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sampai saat ini industri dan pabrik-pabrik tidak bisa terlepas dari mesin arus searah itu karena peranan mesin arus searah yang sangat penting, dimana biasa dimanfaatkan sebagai penggerak bagi peralatan-peralatan mekanik seperti pompa, penggerak kipas angin, blower, lift, eskalator, penggerak pulley konveyor dan lain-lain. Selain itu mesin arus searah dimanfaatkan juga pada kereta api listrik.

Motor arus searah biasanya digunakan terutama untuk melayani beban dengan torsi start yang besar dan memiliki efisiensi yang tinggi sehingga lebih unggul bila dibandingkan dengan motor induksi ataupun motor sinkron. Pada penggunaannya motor arus searah harus disesuaikan dengan kebutuhan agar ekonomis dan efisien. Untuk memenuhi semuannya ini, maka diperlukan motor arus searah yang memiliki efisiensi tinggi dan rugi-rugi rendah. Untuk itu sebelum digunakan perlu terlebih dahulu menganalisa motor arus searah tersebut sehingga didapatkan motor arus searah yang tepat seperti yang dibutuhkan, yaitu motor yang mempunyai kinerja yang baik dengan efisiensi tinggi.

Dalam menganalisa motor arus searah, hal yang perlu diketahui adalah rugi-rugi dan efisiensi motor arus searah tersebut. Dengan mengetahui rugi-rugi-rugi-rugi dan efisiensi maka bisa kita mengambil kesimpulan terhadap kemampuan atau kinerja motor arus searah tersebut. Banyak metode yang bisa digunakan dalam mendapatkan rugi-rugi dan efisiensi motor arus searah, salah satunya adalah dengan

(73)

menggunakan metode Perlambatan (Retardation test). Pada metode Perlambatan, efisiensi didapatkan dengan terlebih dahulu mencari rugi besi dan rugi mekanis.

Metode Perlambatan (Retardation test) dilakukan dengan cara memutar motor arus searah dengan kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan normalnya, setelah itu catu daya diputus sambil tetap menjaga penguatan kumparan medannya. Dalam tugas akhir ini akan menganalisa motor arus searah dengan metode Perlambatan dimana motor arus searah yang akan diuji adalah motor arus searah kompon panjang.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisa motor arus searah kompon panjang dengan mencari besarnya efisiensi dan rugi-rugi daya motor dc kompon panjang tersebut dengan menggunakan metode perlambatan (retardation test).

Manfaat penelitian ini adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan mengenai metode retardation test dan mahasiswa lain mendapat kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

1.3 Batasan Masalah

Agar tujuan penulisan tugas akhir ini sesuai dengan yang diharapkan serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan diatas, maka penulis membatasi permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut :

1. Mesin arus searah terdiri dari beberapa jenis, sehingga mesin yang digunakan adalah mesin arus searah penguatan kompon panjang.

(74)

2. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada mesin arus searah penguatan kompon panjang

3. Mesin arus searah yang digunakan sebagai aplikasi adalah mesin arus searah pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

4. Pengaruh kenaikan temperatur tidak diikutsertakan dalam perhitungan rugi-rugi dan efisiensi mesin.

5. Tidak membahas komponen-komponen rugi mekanis dan inti secara rinci dan bagaimana cara menghitungnya.

1.4 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 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 Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.

(75)

1.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi mengenai latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi tentang motor arus searah, prinsip kerja motor arus searah, jenis-jenis motor arus searah, rugi-rugi motor arus searah, efisiensi motor arus searah dan pengujian motor arus searah.

BAB III. METODE PENELITIAN

Bab ini berisi tentang waktu dan tempat penelitian, serta menjelaskan cara dan peralatan yang dibutuhkan untuk mendapatkan efisiensi dan rugi-rugi motor arus searah kompon panjang dengan metode retardation test.

BAB IV. ANALISA DATA

Bab ini menghitung rugi-rugi dan efisiensi motor arus searah kompon panjang dengan menggunakan metode retardation test.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini membahas tentang hal-hal yang dianggap penting didalam tulisan yang dirangkum sebagai kesimpulan dan saran dari hasil analisa data-data yang diperoleh.

(76)

ABSTRAK

Suatu mesin arus searah atau mesin DC, dikatakan memiliki kinerja yang baik jika memiliki efisiensi yang tinggi, yang berarti juga bahwa mesin arus searah tersebut memiliki rugi-rugi daya yang kecil. Untuk mengetahui kemampuan atau kinerja suatu mesin arus searah perlu menganalisa mesin tersebut dengan melakukan pengujian, sehingga didapatkan nilai-nilai yang merujuk kepada rugi-rugi daya dan efisiensi. Dengan mengetahui rugi-rugi-rugi-rugi daya pada suatu mesin DC, maka kita dapat menentukan efisiensinya. Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung rugi-rugi motor DC. Salah satu metode yang bisa digunakan adalah metode Perlambatan (retardation test). Metode Perlambatan digunakan untuk mendapatkan besar rugi-rugi mekanis dan besi.

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan bahwa efisiensi motor DC Kompon Panjang yang diuji mencapai nilai tertinggi pada keadaan ¾ beban penuh, yaitu sebesar 71,58% dan efisiensi terendah terjadi pada saat kondisi ¼ beban penuh sebesar 54,08%.

(77)

METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM

MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS

SEARAH

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh

LAMCAN RAYA TAMBA

NIM : 090402095

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(78)

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM

MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS

SEARAH

(Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

Oleh:

LAMCAN RAYA TAMBA

NIM : 090402095

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Sidang pada Tanggal 17 Bulan Desember 2014 di depan Penguji:

1.

Ketua Penguji : Ir. Syamsul Amien, MS

2.

Anggota Penguji : Ir. Raja Harahap, MT Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir

Ir. EDDY WARMAN, MT NIP. 1954 1220 198003 1 003

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si. NIP. 19540531198611002

(79)

ABSTRAK

(80)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana atas berkat, karunia, dan rahmat-Nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul :

“METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM

MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH”

(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.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada kedua orang tua penulis, H.Tamba dan T.Siringoringo yang telah senantiasa memberikan doa dan kasih sayang tiada hentinya kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa tulisan ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. 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. Kedua orang tua penulis, H. Tamba dan T. Siringoringo serta abang dan kakak penulis yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada penulis dengan segala kasih sayang yang tidak ternilai harganya.

(81)

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU.

3. Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bapak Ir. Eddy Warman, MT selaku dosen pembimbing Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Syamsul Amin, MS dan Ir. Raja Harahap, MT selaku dosen penguji

Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Ibu Naemah M, ST. MT selaku dosen wali Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan.

7. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan.

8. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

9. Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan satu persatu terutama sendok community.

10.Teman-teman WAR, Putri Tamba, Mumbane Napitupulu, Ktbffhoo Sitompul, Pemulabgt Sitohang, Sinamotevee Simanjuntak, Rhastaonasis Pasaribu, Felix Niko Marpaung, Madao Tampubolon, Kuchiyose Tanzil, Comelectric Nainggolan, Impal Sembiring.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, baik itu dari segi isi maupun susunan tata bahasanya. Untuk itu Penulis dengan

(82)

tangan terbuka menerima saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan membangun dan mengembangkan tugas akhir ini.

Akhir kata, Penulis berharap tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi penulis sendiri dan para pembacanya.

Medan, Agustus 2014

Lamcan Raya Tamba

(83)

DAFTAR ISI

ABSTARAK...i

KATA PENGANTAR...ii

DAFTAR ISI...v

DAFTAR GAMBAR...ix

DAFTAR TABEL...xii

BAB I PENDAHULUAN...1

1.1 Latar Belakang...1

1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan...2

1.3. Batasan Masalah...2

1.4. Metode Penulisan...3

1.5. Sistematika Penulisan...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5

2.1. Motor Arus Searah...5

2.2. Kontruksi Motor Arus Searah...7

2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah...11

2.4. Reaksi Jangkar...13

2.5. Jenis-Jenis Motor Arus Searah…...17

2.5.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas...17

(84)

2.6. Rugi-Rugi Motor Arus Searah...26

2.6.1. Rugi-Rugi Tembaga (Copper Loss)...27

2.6.2. Rugi-Rugi Inti (Core or Iron Losses)...28

2.6.3. Rugi-Rugi Mekanis (Mechanical Losses)...30

2.6.4. Rugi-Rugi Sikat (Brush Losses)...31

2.6.5. Rugi-Rugi Beban Stray (Stray Load Losses)...31

2.7. Efisiensi Mesin Arus Searah...32

2.7.1. Efisiensi Generator...32

2.7.2. Efisiensi Motor...33

2.8. Pengujian Motor Arus Searah...35

2.8.1. Uji Swinburne atau Uji Tanpa Beban...36

2.8.2. Uji Regeneratif atau Hopkinson...36

2.8.3. Uji Medan...37

2.8.4. Uji Rem (Brake Test)...37

2.8.5. Uji Perlambatan atau Retardation Test...38

BAB III METODE PENELITIAN………...43

3.1. Umum...43

3.2. Waktu dan Tempat Penelitian...43

(1)

vii

3.4. Variasi Pengukuran...43

3.5. Teknik Analisa Data...44

3.6. Alat dan Bahan Pengujian...46

3.7. Rangkaian dan Prosedur Pengujian...48

3.7.1. Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...49

3.7.2. Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...50

3.7.3. Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...51

3.7.4. Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...52

3.7.5. Pengukuran Tahanan Jangkar Motor...53

3.7.6. Pengukuran Tahanan Medan Shunt Motor...54

3.7.7. Pengukuran Tahanan Medan Seri...55

3.7.8. Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi...56

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...58

4.1. Data Pengujian...58

4.2. Analisa Data...61

4.2.1 Umum...61

(2)

4.2.3. Perhitungan Rugi-Rugi Rotasi Motor DC Kompon Panjang...63

4.2.4. Perhitungan Rugi-Rugi Konstan (Wc)...65

4.2.5. Perhitungan Rugi-Rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang...66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...72

1. 5.1. Kesimpulan...72

5.2. Saran...72

(3)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Motor DC Sederhana...6

Gambar 2.2(a). Kontruksi Motor Arus Searah...7

Gambar 2.2(b). Kontruksi Stator dan Rotor Motor Arus Searah...8

Gambar 2.2(c). Kontruksi Rotor Motor Arus Searah...8

Gambar 2.2(d). Kontruksi Inti Kutub dan Penempatannya...9

Gambar 2.2(e). Inti Jangkar yang Berlapis-lapis...10

Gambar 2.2(f). Komutator...11

Gambar 2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah...11

Gambar 2.4(a). Fluksi yang dihasilkan oleh Kumparan Medan...13

Gambar 2.4(b). Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Jangkar...14

Gambar 2.4(c). Hasil Kombinasi antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar...15

Gambar 2.5(a). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Bebas...17

Gambar 2.5(b). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Shunt...19

Gambar 2.5(c). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Seri...20

Gambar 2.5(d). Rangkaian Ekivale Motor DC Penguatan Kompon Pendek...22

Gambar 2.5(e). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Kompon Panjang...23

Gambar 2.5(f). Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar...24

Gambar 2.5(g). Karakteristik Kecepatan dan Arus Jangkar...25

Gambar 2.5(h). Karakteristik Kecepatan dan Torsi...26

(4)

Gambar 2.6(b). Perputaran Jangkar di dalam Motor Dua Kutub...28

Gambar 2.6(c1). Arus Pusar di dalam Jangkar yang padat...30

Gambar 2.6(c2). Arus Pusar di dalam Inti Jangkar yang dilaminasi...30

Gambar 2.7(a). Aliran Daya Generator DC...33

Gambar 2.7(b). Aliran Daya Motor...35

Gambar 2.8(a). Rangkaian Uji Swinburne...36

Gambar 2.8(b). Rangkaian Uji Medan...37

Gambar 2.8(c). Rangkaian Uji Perlambatan Arus Searah...39

Gambar 2.8(d). Kurva Uji Perlambatan Arus Searah...40

Gambar 3.1. Roda Pejal...47

Gambar 3.2. Rangkaian Kontrol...48

Gambar 3.3. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...49

Gambar 3.4. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...50

Gambar 3.5. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...51

Gambar 3.6. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...52

(5)

Gambar 3.7. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar...53

Gambar 3.8. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Shunt...54

Gambar 3.9. Rangkaian Percobaan Tahanan Medan Seri...55

Gambar 3.10. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi...56

(6)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...58

Tabel 4.2. Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...58

Tabel 4.3. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...59

Tabel 4.4. Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...59

Tabel 4.5. Pengukuran Tahanan Jangkar Motor...59

Tabel 4.6. Pengukuran Tahanan Medan Shunt...60

Tabel 4.7. Pengukuran Tahanan Medan Seri...60

Tabel 4.8. Data Hasil Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan...60

Tabel 4.9. Data Hasil Pembebanan Generator DC saat dikopel dengan Motor DC Kompon Panjang Pada Metode Perlamban...61

Tabel 4.10. Data Rugi-Rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang dengan Beban Bervariasi pada Metode Perlambatan...71