Studi Penggunaan Tahanan Mula Untuk Mengatur Start Motor Arus Searah Shunt Secara Otomatis

PENGGUNAAN TAHANAN MULA UNTUK MENGATUR START

MOTOR ARUS SEARAH SHUNT SECARA OTOMATIS

O

L

E

H

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

INDAH PERMATASARI

NIM : 060422019

ABSTRAK

Motor DC sangat dikenal karena penggunaanya yang sangat luas. Dengan melakukan berbagai penggabungan lilitan medan yang literal secara shunt, seri maupun secara terpisah, dapat dirancang suatu motor yang menampilkan kecepatan momen-kakas yang bermacam-macam. Untuk motor arus searah yang kapasitasnyacukup besar, pada waktu menjalankan motornya tidak dapat dihubungkan langsung dengan sumber tegangan DC. Hal ini disebabkan tahanan jangkar relatif rendah, sehingga apabila dihubungkan langsung dengan sumber DC akan menimbulkan arus mula besar yang dapat mengakibatkan kerusakan pada motor serta mengganggu kestabilan operasi peralatan lain, maka diperlukanlah penambahan tahanan mula untuk mengurangi arus startnya.

Oleh karena itu, dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang penggunaan tahanan mula untuk mengatur start motor arus searah shunt secara otomatis.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan atas kehadirat ALLAH SWT atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

STUDI PENGGUNAAN TAHANAN MULA UNTUK MENGATUR

START MOTOR ARUS SEARAH SHUNT SECARA OTOMATIS

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Penulis menyampaikan rasa terima kasih atas bimbingan, dukungan dan bantuan yang telah diberikan oleh berbagai pihak sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat selesai dengan baik. Untuk itu dengan penuh ketulusan dan kerendahan hati, penulis menghaturkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah nya kepada penulis hingga saya dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Teristimewa kedua Orang Tua Penulis Ayahanda MS. HIDAYAT dan Ibunda SUWARTI SAID yang senantiasa selalu berdoa, berdzikir dan bersabar untuk memberi dukungan moril, spiritual, dan material yang tidak akan ada habis nya dan tidak ternilai harganya.

3. Bapak Ir.Mustafrind Lubis, selaku dosen pembimbing dan dosen wali penulis yang telah membantu dari awal perkuliahan sampai penyelesaian Tugas Akhir ini.

5. Seluruh Staf Pengajar dan Seluruh Karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

6. Mhd. Muhariadi yang telah memberikan perhatian, doa, cintanya, serta selalu berbagi cerita, canda dan tawa.

7. Teman-teman seperjuangan Departemen Teknik Elektro ekstensi 06 terima kasih atas dukungannya.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, masih banyak kesalahan dan kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan.

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

Medan, Oktober 2010

Penulis

Indah Permatasari NIM 060422019

DAFTAR ISI

Kata

Pengantar...i

Abstrak...iii

Daftar isi ...iv

BAB I : PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang...1

I.2 Rumusan Masalah...2

I.3 Batasan Masalah...2

I.4 Tujuan Penulisan ...2

I.5 Metode Penulisan ...3

I.6 Sistematika Penulisan...3

BAB II : LANDASAN TEORI II.1 Umun...5

II.2 Konstruksi Motor Arus Searah...5

II.3 Motor Arus Searah...8

II.4 Prinsip Motor Arus Searah...10

II.4.1 Motor DC Penguatan Terpisah...12

II.4.2 Motor DC Shunt...14

II.4.3 Motor DC Seri...15

II.5 Operasi Motor Arus Searah...17

BAB III : PENGASUTAN (STARTING) MOTOR ARUS SEARAH SHUNT III.1 Teori Umum Pengasutan Motor DC...19

III.2 Cara Asutan (Starting) Dengan Disambung Langsung...19

III.3 Cara Asutan (Starting) Dengan Menggunakan Rheostat...20

III.4 Start Otomatis Dengan Menggunakan Tahanan Mula ...21

III.5 Tingkatan Dari Tahanan Starting Medan Shunt...22

III.5.1 Tahanan Sirkit Kontrol DC ...26

III.5.2 Capasitansi ...26

III.5.3 Penetuan Waktu dengan mempergunakan Komponen RC...28

III.5.4 Rele ...31

III.6 Alat Untuk Pengasutan Motor DC Shunt (Starting)...32

III.6.1 Three Point (tiga ujung) Starting Rheostat………...32

III.6.2 Four Point (empat ujung) Starting Rheostat………….………34

III.6.3 Automatic Starter……….37

III.7 Rancangan Tahanan Mula...37

III.8 Pengasutan Motor Shunt Pada Keadaan Dinamis...37

BAB IV PENGGUNAAN TAHANAN MULA UNTUK MENGATUR STARTMOTOR ARUS SEARAH SHUNT SECARA OTOMATIS IV.1. Umum...45

IV.2 Rangkaian Percobaan ………...48

IV.3 Alat – alat yang dipergunakan ...………...48

IV.4 Prosedur Percobaan ...49

IV.5 Hasil Pengamatan...50

IV.6 Analisa Hasil Pengamatan ...52

V.1 Kesimpulan...57 V.2 Saran...58

ABSTRAK

Motor DC sangat dikenal karena penggunaanya yang sangat luas. Dengan melakukan berbagai penggabungan lilitan medan yang literal secara shunt, seri maupun secara terpisah, dapat dirancang suatu motor yang menampilkan kecepatan momen-kakas yang bermacam-macam. Untuk motor arus searah yang kapasitasnyacukup besar, pada waktu menjalankan motornya tidak dapat dihubungkan langsung dengan sumber tegangan DC. Hal ini disebabkan tahanan jangkar relatif rendah, sehingga apabila dihubungkan langsung dengan sumber DC akan menimbulkan arus mula besar yang dapat mengakibatkan kerusakan pada motor serta mengganggu kestabilan operasi peralatan lain, maka diperlukanlah penambahan tahanan mula untuk mengurangi arus startnya.

Oleh karena itu, dalam penulisan tugas akhir ini akan dibahas tentang penggunaan tahanan mula untuk mengatur start motor arus searah shunt secara otomatis.

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Kebutuhan akan eneri listrik akan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya teknologi dan perekonomian masyarakat. Untuk itu permintaan energi listrik tersebut harus dapat terpenuhi agar dapat menyokong program peningkatan teknologi dan perekonomian. Akan tetapi sampai saat ini, Indonesia masih tergolong negara pengguna teknologi peralatan listrik dan belum mampu menciptakan peralatan listrik. Dimana peralatan listriknya masih bergantung kepada negara indutri teknologi. Di negara – negara maju, pemakaian energi listrik lebih besar di bandingkan dengan penggunaan energi dalam bentuk lain, karena energi listrik ini lebih mudah di konversi ke dalam bentuk energi lain seperti mekanik. Energi listrik merupakan kebutuhan pokok dalam industri untuk mengoperasikan motor - motor listriknya. Dimana energi listrik itu akan di konversikan menjadi energi mekanik berupa putaran dari rotor.

Untuk motor arus searah yang kapasitasnya cukup besar, pada waktu menjalankan motornya tidak dapat di hubungkan langsung dengan sumber tegangan DC. Hal ini di sebabkan tahanan jangkar relatif rendah, sehingga apabila dihubungkan langsung dengan sumber DC akan menimbulkan arus mula besar yang dapat mengakibatkan kerusakan pada motor serta mengganggu kestabilan operasi peralatan lain.

Pilihan penggunaan motor arus searah pada industri modern adalah karena kecepatan putar motor arus searah mudah diatur dalam suatu rentang kecepatan yang lebar, di samping banyaknya metode yang dapat di gunakan. Dimana salah satunya untuk pengaturan otomatis start motornya menggunakan tahanan mula.

Motor DC itu sendiri terbagi atas beberapa jenis, yaitu : Motor DC penguatan terpisah, Motor DC shunt, Motor DC seri, dan Motor DC kompon. Di tugas akhir ini akan di bahas tentang penggunaan tahanan mula pada pengaturan start motor arus searah shunt secara otomatis.

1.2 Rumusan Masalah

1. Mengaplikasikan penggunaan tahanan mula untuk mengatur start motor arus searah shunt secara otomatis.

2. Mendapatkan kesimpulan dari penambahan tahanan mula untuk mengurangi arus startnya.

I.3 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dan menitik beratkan pada permasalahan dan pembahasan tugas akhir ini, maka penulis hanya membahas mengenai : 1. Nilai tahanan mula untuk mengurangi besarnya arus start.

2. Prinsip kerja rangkaian yaitu pemutusan tahanan mula dengan bantuan kontraktor ( Secara Otomatis ).

Adapun permasalahan yang tidak penulis bahas adalah mengenai :

1. Tidak membahas pengaturan kecepatan motor DC penguatan shunt. 2. Jenis beban tidak dibahas secara mendetail

3. Tidak membahas rugi – rugi dan effisiensi motor DC penguatan shunt.

I.4 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari Penulisan ini untuk mempelajari dan memahami penggunaan tahanan mula untuk mengatur start motor arus searah shunt secara otomatis. Sehingga untuk motor – motor arus searah yang kapasitasnya cukup besar, waktu menjalankannya tidak dapat dihubungkan langsung ke sumber tegangan DC, karena tahanan jangkar relatif rendah, sehingga apabila dihubungkan langsung dengan jala – jala akan dapat mengakibatkan kerusakan pada motor, maka di perlukanlah penambahan tahanan mula untuk mengurangi arus startnya.

I.5 Metode penulisan :

1. Study literatur

Penulis mengumpulkan berbagai literatur untuk mendapatkan dasar-dasar pembahasan yang jelas serta teori-teori yang berhubungan dengan tugas akhir ini.

2. Diskusi

Penulis mendapatkan bimbingan dari dosen pembimbing serta diskusi dengan rekan rekan mahasiswa.

3. Percobaan dan pengambilan data

Penulis membuat simulasi rangkaian percobaan sesuai dengan judul tugas akhir ini , agar lebih mudah dalam penganalisaannya dan tampak hasilnya

I.6 Sistematika Penulisan

BAB I : PENDAHULUAN

Berisikan tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang konstruksi Generator arus searah, prinsip Generator arus searah, prinsip penyearah, teori umum motor arus searah, prinsip motor arus searah, operasi motor arus searah, pengaturan kecepatan motor arus searah, arus medan, tahanan jangkar dan pengaturan tegangan terminal jangkar.

BAB III : PENGASUTAN (STARTING) MOTOR ARUS SEARAH

SHUNT

Bab ini berisi tentang teori umum pengasutan Motor DC, cara Asutan (Starting) dengan disambung langsung, cara Asutan

(Starting) dengan menggunakan Rheostat, Start otomatis dengan menggunakan tahanan mula, Start elektronik, tingkatan dari tahanan Starting medan Shunt.Membahas alat untuk pengasutan motor DC Shunt (Starting), three point (tiga ujung) starting rheostat, four point (empat ujung) starting rheostat, automatic starter, beberapa komponen yang digunakan pada rangkaian pengaturan motor listrik.

BAB IV : PENGGUNAAN TAHANAN MULA UNTUKMENGATUR

START MOTOR ARUS SEARAH SHUNT SECARA OTOMATIS

Bab ini membahas untuk menentukan besarnya harga tahanan mula, rangkaian pengaturan start motor arus searah shunt, dan membahas prinsip Kerja rangkaian

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari pembahasan yang telah di lakukan.

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1 Umum

Seperti telah di ketahui bahwa mesin arus searah terdiri dari dua bagian, yaitu :

− Generator arus searah

− Motor arus searah

Ditinjau dari konstruksinya, kedua mesin ini adalah sama. Perbedaan nya terletak pada arah arus dan jenis energi yang dipergunakannya. Kalau Generator arus searah mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik, sedangkan motor arus searah mengkonversikan energi listrik menjadi energi mekanik.

Dalam kehidupan sehari – hari motor arus searah dapat di lihat pada motor starter mobil, pada tape recorder, pada mainan anak – anak dan sebagainya. Sedangkan pada pabrik – pabrik, motor arus searah di jumpai pada traksi, elevator , conveyor dan lain – lain.

Antara generator arus searah dan motor arus searah tidak ada perbedaan pada konstruksinya, sehingga pada prinsipnya motor arus searah dapat dipakai sebagai generator arus searah dan sebaliknya generator arus searah dapat pula dipakai sebagai motor arus searah

Dengan sendirinya generator arus searah yang di maksud bukanlah generator arus searah yang menggunakan penyearah ( Rectifier ) silikon / diode, tetapi dengan penyearah mekanik ( Komutator )

II.2 Konstruksi Motor Arus Searah

Secara umum mesin arus searah memiliki konstruksi yang terbagi atas ( dua ) bagian, yaitu bagian yang diam yaitu stator dan bagian bergerak/berputar yaitu rotor Gambar 2.1 di bawah ini adalah konstruksi motor arus searah.

Gambar 2.1 Konstruksi Motor Arus Searah

Dari gambar 2.1 di atas konstruksi mesin arus searah terdiri dari :

1.Rangka ( Badan Motor )

Rangka motor arus searah berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan sebagian besar komponen mesin. Untuk itu rangka harus dirancang memiliki kekuatan mekanis yang tinggi unutk mendukung komponen – komponen mesin.

Karena selain sebagai sarana pendukung mekanis bagi mesin, rangka juga berfungsi sebagi tempat mengalirkan fluksi yang dihasilkan oleh kutub – kutub medan, maka rangka dibuat dengan menggunakan bahan ferromagnetik yang permeabilitas tinggi. Rangka biasanya terbuat dari baja tuang (cast steel) atau baja lembaran (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis dan juga sebagai bagian dari rangkaian magnet. Untuk itu rangka harus dilaminasi untuk mengurangi rugi – rugi besi.

2. Pole (Kutub)

Kutub – kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Inti kutub dibuat dari laminasi pelat – pelat baja yang terisolasi satu sama lain dan direkatkan bersama – sama kemudian dibaut pada rangka. Pada inti kutub ini dibelitkan kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnetik.

Sepatu kutub yaitu permukaan dari kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan ini. Sepatu kutub ini berfungsi unutk menahan kumprana medan di tempatnya dan menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaannya yang melengkung.

Fungsi dari sepatu kutub adalah :

1. Menyebarkan fluksi pada celah udara

2. Sebagai pendukung mekanis bagi kumparan medan.

3.Kumparan Medan

Kumparan medan merupakan susunan konduktor terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi dan dibelitkan pada inti kutub. Kumparan pada setiap kutub dihubungkan secara seri untuk membentuk rangkaian medan. Rangkaian medan inilah yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet. Rangkaian medan dapat dihubungkan secara seri ataupun paralel dengan kumparan jangkar, juga dapat dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan, sesuai dengan jenis penguatan pada motor. Banyaknya belitan pada setiap kutub tergantung hubungan kumparan medan terhadap kumparan jangkar.

4. Celah Udara

Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan kutub - kutub medan yang menyebabkan jangkar tidak bergesekkan dengan kutub – kutub medan. Fungsi dari celah udara ini adalah sebagai tenpat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub – kutub medan.

Celah udara ini diusahakan agar sekecil mungkin. Semakin besar celah udara, maka akan menghasilkan reluktansi yang tinggi, sedangkan celah udara yang kecil menyebabkan reluktansi yang kecil, sehingga semakin kecil celah udara dapat meningkatkan efisiensi motor.

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

6. Kumparan Jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Jenis – jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada 3 macam, yaitu :

1. Kumparan jerat (lap winding)

2. Kumparan gelombang (wave winding)

3. Kumparan kaki katak (frog-leg winding)

7. Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya mempunyai dua bagian yaitu :

1. Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutator dengan sikat-sikat.

2. Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.

8. Sikat

Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutatorkomutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

Motor arus searah adalah suatu mesin yang mengkonversikan energi listrik arus searah menjadi energi mekanis, dimana outputnya menghasilkan torsi dan kecepatan.

Secara garis besar motor arus searah terdiri dari dua bagian, yaitu: Bagian stator dan bagian rotor.

Bagian – bagian stator terdiri atas : 1. Yoke

Yoke merupakan badan motor arus searah terbuat dari besi tuang dan berguna sebagai penyokong kutub magnet serta melindungi bagian dalam mesin.

2. Inti kutub dan sepatu kutub ( ujung laminasi )

Inti kutub terdiri dari laminasi – laminasi besi yang tebalnya 0.5 mm – 1 mm dan mempunyai permeabilitas yang baik.Laminasi – laminasi itu di persatukan dengan cara dikeling.Sepatu kutub gunanya untuk memperlebar fluksi magnetik sehingga meliputi daerah dari celah – celah udara dan permukaan inti jangkar.

3. Kumparan medan

Kumparan medan bila diberi arus penguatan akan menghasilkan fluksi utama dalam celah – celah udara antara stator dan rotor, dan lilitan fluksinya menjadi penuh melalui besi dan stator.

4. Sikat

Sikat berfungsi untuk mengalirkan arus ke kumparan jangkar ( armature ) melalui komutator. Biasanya terbuat dari karbon dan berbentuk segi empat.

Bagian – bagian rotor terdiri dari : 1. Komutator

Komutator terdiri dari lamel – lamel merupakan lapisan – lapisan tembaga tipis satu sama lain disekat oleh isolasi yang baik dan masing – masing dihubungkan pada ujung konduktor dari kumparan jankar.Gunanya untuk mengalirkan arus melalui sikat – sikat dari sumber tegangan.

2. Jangkar

Jangkar terdiri dari inti jangkar dan kumparan jangkar, terdiri dari laminasi – laminasi yang mempunyai alur ( slot ) dan gigi serta berlubang untuk saluran pendingin, kumparan jangkar disebut juga kumparan tenaga, dengan adanya imbas arus yang mengalir menimbulkan reaksi utama.Dengan demikian timbulah gaya kopel dan daya mesin.

II.4 Prinsip Motor Arus Searah

Apabila arus searah dialirkan melalui sikat ke kumparan jangkar dari motor arus searah dan kumparan medan di beri penguatan, maka akan timbul gaya Lorentz pada tiap sisi kumparan jangkar.Besarnya gaya Lorentz ini adalah berbanding lurus dengan kecepatan fluks (B + Weber/m2), panjang sisi kumparan ( L = meter ) dan arus yang mengalir ( I = Ampere ).

Secara matematis dapat dituliskan : F = B x I x L (newton)

Gaya Lorentz (F) ini menimbulkan torsi ( T = Newton Meter ) yang menyababkan jangkar berputar.Besar torsi yang dihasilkan gaya Lorentz tersebut adalah :

T = F x R ( Newton Meter ) Dimana : R = Jari – jari rotor ( Radius Jangkar )

Torsi ini dalam medan magnet menyebabkan jangkar berputar, dengan adanya komutator arah arus dalam kumparan jangkar yang ada di bawah kutub sepatu menuju arah yang sama, sehingga torsi yang dihasilkan searah pula.

Jangkar berputar akan memotong medan magnet sehingga menimbulkan GGL padanya. GGL ini berlawanan arahnya dengan arah tegangan terminal, GGL lawan ini (Eb) besarnya adalah :

Eb = K Φ n ( Volt ) ...(2.1)

ta kons a

Z P

K tan

60 ..

. =

= mesin

Dimana :

a = Jumlah lintasan paralel melalui lilitan jangkar P = Jumlah kutub

Z = Jumlah keseluruhan konduktor pada lilitan jangkar n = kecepatan motor dalam rpm

Besarnya kerja yang dapat dihasilkan motor secara umum dapat dilihat dari persamaan di bawah ini :

Ea = Eb + Ia . Ra ( Volt ) ...(2.2)

Φ − =

k R I E

n a a . a ( rpm ) ...(2.3)

Dimana :

Ea = Tegangan terminal jangkar (Volt ) Ia = Arus jangkar ( Ampere ) Eb = GGL lawan (EMF back) ( Volt ) Ra = Tahanan jangkar (Ohm)

Φ = Fluksi per kutub ( Weber ) Vt = Tegangan terminal ( Volt )

II.4.1 Motor DC Penguatan Terpisah

Motor DC penguatan terpisah adalah motor yang mendapatkan arus penguatan medan dari luar motor.Dimana karakterisktik keluaran motor sama dengan motor shunt. Rangkaian ekivalent dari motor DC penguatan terpisah seperti terlihat pada Gambar 2.1 di bawah ini.

EA Vt

Ra Rf

Lf If

Vf

Ia

Dari persamaan hukum tegangan Kirchoff untuk motor DC penguatan terpisah adalah :

Vt = Ea + Ia . Ra ( Volt )

Ea = K Φ n ( Volt )

Vt = K Φ n + Ia . Ra ( Volt ) ...( 2.4 )

Torsi motor :

T= K Φ Ia ( Newton meter ) ...( 2.5 )

Φ =

k T

Ia ( Ampere ) ...( 2.6 )

Dengan mensubtitusikan persamaan (2.5) kepersamaan (2.4) di dapat :

a

t R

k T n K V

Φ + Φ

= ...( 2.7 )

Kecepatan motor adalah :

T K

R k

V

n t a

2

) ( Φ

− Φ

= (rpm)...(2.8)

Karakterisktik torsi kecepatan motor DC penguatan terpisah seperti terlihat pada gambar di bawah ini :

n

T

Gambar 2.3 Karakteristik torsi kecepatan motor DC penguatan terpisah

II.4.2 Motor DC Shunt

Motor DC shnt adalah motor yang mendapat arus penguatan dari dalam motor itu sendiri, dihubungkan secara shnt.Karakteristik torsi kecepatan sama seperti pada motor DC penguatan terpisah.Rangkaian ekivalent dari motor Dc shunt dapata dilihat pada gambar 2.3.

Motor DC shunt memiliki kecepatan yang hampir konstan pada tegangan terminal jangkar ( Vt ) konstan, walaupun terjadi perubahan beban, sering digunakan untuk kipas angin, blower, pompa sentrifugal, elevator, mesin cetak, dan lain – lain.

IL

Ia

M

Ea _vt

Rf Lf If

Persamaan tegangan hukum Kirchoff unutk motor Dc shunt adalah :

Vt = Ea – Ia . Ra

Ia = IL – If (Ampere) ...(2.9)

Dimana :

IL = Arus yang ditarik oelh beban

If = Arus medan penguatan Torsi motor :

T= K Φ n ( Newton Meter )

a a t a

R E V

I = −

Kecepatan motor :

T K

R K

V

n t a

2

) ( Φ

− Φ

= (rpm ) ...( 2.10)

n

T

Gambar 2.5 karakteristik torsi kecepatan motor Dc shunt

II.4.3 Motor DC Seri

Motor DC seri adalah motor yang mendapatkan arus penguatan medan dari dalam motor itu sendiri, dimana dihubungkan secara seri.Rangkaian ekivalen dari motor DC seperti terlihat pada Gambar 2.5

Motor DC seri dapat memberikan momen yang besar waktu start dengan arus yan kecil.Kecepatan motor seri akan menurun pada saat beban ditambahkan dan kecepatan akan bertambah besar pada beban rendah atau tanpa beban dan hal ini sangat berbahaya. Untuk kecepatan tanpa bebannya biasanya tidak boleh tinggi.Dengan mengetahui sifat ini, motor seri paling baik digunakan untuk mesin pengangkat dan beban – beban jenis traksi.

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalent motor DC seri Persamaan Huku m Kirchoff untuk motor DC seri adalah :

Vt = Ea + Ia ( Ra + Rs ) (volt) ...(2.11)

IL = Ia + If ( Ampere)...(2.12)

Torsi motor :

T = K Φ Ia (Newton meter) Kecepatan motor :

Φ+ −

Φ =

K R R I K

V

n t a( a s)

Φ =

K T

I_a

T

K R R K

V

n t a s

2

) (

) (

Φ + − Φ

= (rpm) ...(2.13)

Karakteristik torsi kecepatan motor DC seri seperti terlihat pada gambar di bawah ini

n

T

II.5 Operasi Motor Arus Searah

Operasi – operasi yang penting dari motor arus searah adalah : 1. Menjalankan motor arus searah ( starting )

2. Mengatur putaran motor arus searah

Motor arus searah umumnya dijalankan dengan cara :

1. Dengan mengatur besarnya tegangan mauk atau tegangan sumber 2. Dengan mengatur besarnya tahanan mula pada rangkaian jangkar 3. Dengan menghubungkan langsung pada jala – jala

4. Dengan mengatur besarnya arus medan penguatan

Untuk motor – motor DC yang kapasitasnya cukup besar, waktu menjalankannya tidak dapat di hubungkan langsung dengan sumber DC.Hal ini disebabkan tahanan jangkar relative rendah.Sehingga apabla dihubungkan langsung dengan sumber DC akan menimbulkan arus mula yang besar, dan ini dapat mengakibatkan kerusakan pada motor. Dari rumus :

Vt = E + Ia . Ra Dimana :

E = C n Φ Maka :

V = C n Φ + Ia. Ra

Waktu start, n = 0

Sehingga :

a t a

R V

I =

Bila kita misalkan, V = 100 Volt dan Ra = 0.1 Ohm, maka hal ini langsung akan mengakibatkan arus mula sebesar = 1000 Ampere.

Dari rumus :

Φ − =

C R I V

n a a. a

Maka pengaturan putaran motor arus searah dapat dapat di lakukan dengan merubah besarnya :

1. Arus penguatannya / arus medan (Φ) 2. Tahanan pada rangkaian jangkar ( Ra) 3. Tegangan masuk / tegangan terminal (Vt)

BAB III

PENGASUTAN (STARTING) MOTOR ARUS SEARAH

III.1 Teori umum Pengasutan Motor DC

Ada dua hal yang senantiasa menjadi persoalan pada waktu motor akan dioperasikan (start), yaitu : pertama apakah kopel awal cukup besar untuk menarik beban awal dan persoalan yang kedua adalah arus awal (Ist) tidak terlampau besar. Pada motor arus searah hal yang kedua sudah langsung menjadi persoalan, sebab :

V = Ea + Ia . Ra [ Volt ] Dimana,

Ea = C n Φ [ Volt ]

V = C n Φ + Ia . Ra [ Volt ] Pada waktu start n = 0, jadi Ea = 0

Maka :

V = Ia . Ra [ Volt ]

Ist = V

Ra [ Ampere ]

Bila kita misalkan :

V = 100 Volt dan Ra = 0.1 Ohm,

Maka hal ini langsung akan mengakibatkan arus awal sebesar 1000 Ampere. Oleh karena menurunkan tegangan jaringan adalah sulit, maka umumnya dipakai tahanan awal dalam seri dengan tahanan jangkar, untuk menurunkan arus awal.

Pemasukan tahanan – tahanan awal ini biasanya dilakukan secara bertahap.

Cara ini adalah yang paling sederhana dan murah, tetapi arus asut ( arus startnya) besar. Kalau jangkar belum bergerak padahal jangkar biasanya mempunyai tahanan yang sangat kecil maka pada saat disambung dengan jala – jala arus jangkar (Ia) besar.

Dimana,

Ist = V

Ra [ Ampere ]

Bial V = 110 Volt dan Ra = 0.05 Ohm, jika disambung langsung ( tanpa diberi tahanan asut ) maka arus startnya adalah sebesar :

Ist = 110

Gambar 3.1 Rheostart sebagai tahanan asut pada motor shunt = 2200 Ampere

0.05

Arus ini sangat besar hingga dapat merusak kumparan jangkarnya.Kalau motornya kecil bisa cepat berputar karena momen kelembaban rotornya kecil, begitu pula arus asutnya. Jadi untuk motor yang kecl bisa langsung disambung dengan sumber. Ketika motor belum berputar E = 0, karena besarnya GGL lawan (E) adalah :

E = C n Φ [ Volt ]

Pada waktu start n = 0 (belum berputar), sehingga E = 0, oleh karena itu pada waktu start arus besar sekali.

III.3 Cara Asutan (starting) dengan Rheostart

Untuk membatasi arus shunt yang besar, pada rangkaian jangkar dipasang Rheostart.

Mula – mula seluruh tahanan Rheostart dipakai, arus jangkar dibatasi oleh Rst, arus penguat magnet (Im) menjadi besar. Sesudah bergerak, GGL lawan (E) maka timbul:

E =

60 a

pn

. Z . Φ. 10-8 (Volt) Dimana :

60 a

pn

. Z . Φ. 10-8 adalah bilangan konstan sehingga : E = C . n . Φ

III.4 Start Otomatik dengan Menggunakan Tahanan Mula

Ada kalanya sebuah motor arus searah harus sering distart, sehingga dirasakan perlu menyederhanakan pekerjaan operator agar ia cukup menekan tombol saja, dan proses start kemudian berjalan sendiri. Gambar 3.2 memperlihatkan skema prinsip salah satu cara untuk start otomatik, dengan mempergunakan tiga buah tahanan start R1, R2 dan R3.

Gambar 3.2 Skema prinsip start otomatik dengan menggunakan tahanan mula motor arus searah shunt

Dalam rangkaian seri terdapat tiga buah tahanan start R1, R2, dan R3. S adalah saklar utama.

Untuk start, saklar utama S harus terlebih dahulu ditutup. Bilamana saklar start S4 di tekan maka kumparan K akan dihidupkan, sehingga tertutup saklar - saklar S4a dan S4b. Karenanya motor mendapatkan tegangan melalui tahanan – tahanan R1, R2, adn R3, sehingga mengalir arus yang dibatasi oleh tahanan – tahanan itu.

Karena lilitan shunt mendapatkan tegangan penuh, start dilakukan dengan medan shunt penuh, dan arus awal agak kecil karena R1, R2, dan R3. Motor mulai jalan, dan arus awal agak kecil karena R1, R2, dan R3. Motor mulai jalan, dan arus

mulai mengalir. Pada suatu nilai tertentu I1 dari arus, kumparan TD1 akan dihidupkan, dan menutup saklar S1, sehingga tahanan R1 dihubung singkat.

Motor M akan mendapatkan bahagian – bahagian tegangan yang lebig besar, arus akan mendadak naik, kemudian mulai turun lagi, dan pada suatu nilai I2 kumparan TD2 akan dihidupkan, menarik saklar S2 sehingga tertutup tahanan R2, dan cerita yang sama akan terjadi, menyebabkan motor M lagi mendapatkan tambahan tegangan.

Bilamana juga R3 telah dihubung singkat, maka motor telah mendapatkan tegangan jaringan yang penuh. Perlu dicatat bahwa pada waktu start, lilitan shunt harus mendapatkan tegangan jaringan penuh.Bilamana medan shunt memiliki tahanan pengatur perlu ada penjagaan, bahwa pada saat start tahanan pengatur ini dihubung singkat.Untuk berhenti maka ditekan saklar S5, sehingga kumparan K dimatikan, hal sama penyebab terputusnya rangkaian arus.

III.5 Tingkatan dari Tahanan Starting Medan Shunt

Arus maksimum

1 1

R v

I = (Ampere) ………..(3.1)

Pada saat lengan A berada di ”stud” 1.

Pada saat lengan A berpindah dari stud 1 ke 2, maka arus akan turun menjadi I₂ dan emf yang timbul = Eb₁, maka berlaku hubungan :

2 1 2 R Eb v

I = − (Ampere)……….(3.2)

Nilai n tetap, maka Eb₁, tetap jadi :

2 1 1 R Eb v

I = − (Ampere)……….(3.3)

Dari persamaan (3.2) dan (3.3) :

2 1 2 1 R R I I = ……….(3.4)

Jika A berada beberapa lama pada stud 2 dan emf naik menjadi Eb₂, maka berlaku :

2 2 1 R Eb v

I = − (Ampere)……….(3.5)

Demikian juga dibuat kontak pertama dengan stud n:3 maka arus :

3 2 1 R Eb v

I = − (Ampere)……….(3.6)

Dari persamaan (3.5) dan (3.6) diperoleh :

3 2 2 1 R R I I = (Ampere)……….(3.7)

Bilamana lengan A berada lama di 3, maka emf naik menjadi Eb₃ dan arus turun menjadi I₂, dimana :

3 3 2 R Eb v

I = − (Ampere)……….(3.8)

Kalau kontak masuk pada stus 4, maka arus mengalir :

Ra Eb v I 3 1 −

= (Ampere)……….(3.9)

Dari persamaan (3.9) dan (3.8) diperoleh :

a R R I I ₃ 2

1 = _{(Ampere)……….(3.10)}

Dari persamaan (3.4), (3.7), dan (3.10) kita lihat bahwa :

K Ra R R R R R I I = = = = 3 3 2 2 1 2 1 _{....……….(3.11)} Maka :

R₃ = K Ra

R₂ = K R₃ = K2 Ra

R₁ = K R₂ = K K2 Ra = K3 Ra

Dalam bentuk umum : Misaljkan :

n = banyak stud hidup ( live stud )

(n – 1 ) = banyak bahagian tahanan depa, maka : R₁ = K a

n

R . 1

1 1 = n− a

K R

R

atau

a R

R I

I ₁

2 1 =

Dengan beberapa formulasi diatas akan kita terapkan pada motor yang akan dicoba di laboratorium nanti.

Seperti telah disebutkan pada bab pendahuluan sebelumnya bahwa data – data dari motor yang akan dicoba adalah :

Jenis : Motor arus searah penguatan bebas Kapasitas : 2000 Watt

Tegangan : 220 Volt Ia nominal : 9.1 Ampere n nominal : 1500 rpm Klas Isolasi : B

Perhitungan :

P = 2000 Watt Vt = 220 Volt Ia = 9.1 Ampere Ra = 0.25 Ohm

Arus start motor diambil 1.6 kali arus nominal motor, Ist = 1.6 . Ia

= 1.6 . 9.1

Ist = 14.56 Amp ∼ 15 Amp R₁ =

st t I V

R₁ = 14.67 15

220

= Ohm

R₁ = Kn−1 . R_a

14.67 = K4−1 . 0.25 14.67 = K3 . 0.25 K = 3 14.67/0.25 K = 3.89

R₂=

K R₁

R₂ = 3.77 89

. 3

67 . 14

= Ohm

R₃ =

K R₂

R₃ =

89 . 3

77 . 3

∼ 1.0 Ohm

Tahanan bahagian :

Bahagian 1 : r₁ = R₁ - R₂ = 14.67 – 3.77 = 10.90 Ohm 2 : r₂ = R₂ - R₁ = 3.77 – 1.00 = 2.77 Ohm 3 : r₃ = R₃ - R_a = 1.00 – 0.25 = 0.75 Ohm

III.5.1 Tahanan sirkit kontrol DC

Pemakaian tahanan pada sirkit kontrol DC adalah sebagai komponen tempat pelepasan muatan ( discharge ) kapasitor C yang telah dimuati dan untuk menentukan besarnya tahanan yang di pergunakan akan dijelaskan pada bagian III.5

III.5.2 Capasitansi ( C )

Kapasitor pada umumnya terdiri dari dua permukaan konduktor yang diparalelkan dan dipisahkan oleh suatu medium yang disebut dengan dielektrik. Permukaan konduktor dapat berbentuk plat lingkaran ( circulair ) atau plat persegi. Type kapasitor yang

umumnya digunakan dalam sistem tenaga dan sirkit komunikasi adalah kapasitor plat sejajar.

Kapasitor dapat merupakan sumber energi. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 3.4 dibawah ini yaitu sebuah kapasitor plat sejajar AB yang dihubungkan seri dengan dua buah galvanometer ( alat untuk mendeteksi arus listrik ) D dan E, juga saklar S yang disusun sedemikian rupa yaitu untuk menghubungkan kapasitor tersebut dengan sumber tegangan searah ( batere) atau untuk menghubung singkatkan terminal – terminal dari kapasitor tersebut.

Gambar 3.4 Kapasitor AB adalah dimuati (charge) bila saklar menutup kekiri dan melepaskan muatan (discharge) bila saklar ditutup kekanan.

Kekuatan dari kapasitor untuk menyimpan energi listrik disebut dengan kapasitansi dimana besar dari kapasitansi tersebut dapat diturunkan sebagai berikut : Hukum gauss :

∫D. Cos ϕ = Q / A D = ε. E ε. E = Q / A

E = A Q

ε ...(a)

Juga :

E = V.d ...(b) Substitusi persamaan (b) pada (a),

V.d = A Q

. ε

d A V Q ε.

Jadi kapasitansi plat sejajar adalah :

C =

d A . ε

Dimana :

C = Capasitansi ( Farad ) Q = muatan ( coulomb )

V = tegangan antara plat ( Volt )

ε = permeabilitas bahan dielektrik ( Farad/m) d = jarak antara kedua plat ( Meter )

A = luas penampang plat ( meter2 )

Pada keadaan pelepasan muatan (discharge), energi yang tersimpan akan dikeluarkan dan besar energi yang disalurkan sebuah kapasitor adalah sebagai berikut :

Q = C.v dQ = C.dV karena :

dW = V. dQ, maka : dW = c.v.dV

atau : w =

2 .V2 c

...(3.12)

III.5.3 Penentuan waktu dengan mempergunakan komponen RC

Seperti telah dijelaskan pada bahagian III.4 bahwa salah satu sifat dari kapasitor adalah apabila sebuah kapasitor dimuati atau dihubungkan dengan sumber arus searah maka kapasitor tersebut akan dimuati (diisi) sampai beda potensial antara kedua pat dari kapasitor sama dengan beda potensial sumber arus searah. Selanjutnya kaki (terminal) kapasitor dilepaskan dari hubungan dengan tahanan R sehingga kapasitor C akan menyalurkan energi listrik yang tersimpan tadi melalui tahanan R tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 3.5 di bawah ini.

Gambar 3.5 Rangkaian pengisian dan pelepasan muatan kapasitor C

Misalkan sebelum t = 0, saklar s berada pada posisi a, berarti terjadi pengisian (charge) pada kapasitor sampai tercapainya keadaan steady state yaitu tegangan kapsitor V_c sama dengan tegangan sumber V.

Setelah hal tersebut diatas tercapai, saklar s dipindahkan pada posisi b, ini berarti terjadi pengosongan mauatan ( discharge) dari kapasitor C melalui tahanan R dengan arah arus nya berlawanan dengan arah arus pengisian.

Persamaan rangkaian setelah t = 0, adalah : V_r+ V_c = 0

R.i + 1∫i.dt =0 c

Penyelesaian secara matematis menghasilkan :

I = K. e−t /RC ...( 3.13)

Untuk menentukan konstanta K, kita atur t = 0 dari persamaan ( 3.13 ) dan substitusi initial current i₀.kapasitor discharge dengan tegangan V yang polaritasnya seperti gambar 3.4 di atas, initial current berlawanan terhadap arus tersebut, sehingga :

i₀ = -R V

...( 3.14) substitusi persamaan 3.14 pada 3.13 unutk harga t= 0

-R V

= K.e0

-R V

K = - V / R ...( 3.15) Substitusi persamaan 3.15 pada 3.13

i = -R V

e−t /RC ...( 3.16)

pada proses discharge berarti terjadi penurunan tegangan dari kapasitor tersebut. Persamaan tegangan kapasitor :

V_c= idt c . 1

∫ Vc=

-RC t

e R V c

/

1 ₋

∫ dt

Vc = V.e RC t /

− _{...( 3.17)}

Dimana :

RC = time constant T = waktu discharge V = tegangan sumber

Dari persamaan 3.17, bentuk tegangan V_csebagai fungsi dari waktu t dapat di gambarkan seperti Gambar 3.6 berikut.

Untuk menentukan harga waktu discharge t, dapat diturunkan dari persamaan 3.18, dimana di peroleh :

T = RC.ln

V V_c

...( 3.18)

Gambar 3.6 Grafik penurunan tegangan kapasitor sebagai fungsi dari waktu discharge

Dari persamaan 3.18 dapat kita lihat bahwa besarnya waktu discharge dapat dibuat bervariasi yaitu dengan merubah-ubah besar tahanan R dan kapasitor C. Dalam percobaan yang dilakukan, variasi waktu tersebut akan dilakukan dengan membuat variasi terhadap besaran tahanan R dan kapasitor C.

Contoh :

No Tahanan ( Ohm ) Kapasitor ( µF )

1 220.0 14100

2 220.0 16100

3 26.4 16100

4 26.4 14100

Perlu ditambahkan disini bahwa untuk menggerakkan atau memindahkan posisi saklar dilakukan secara otomatis yaitu dengan menggunakan kontaktor yang digerakkan oleh rele elektromagnetik.

Dengan memanfaatkan gejala transient dari sirkit RC itulah untuk menentukan tundaan ( keterlambatan ) waktu dari rele yang di tempatkan pada sirkit kontrol DC seperti Gambar 3.7 di bawah ini.

Gamabr 3.7 Aplikasi komponen RC untuk menentukan keterlambatan waktu rele TD.

III.5.4 Rele

Ditinjau dari tegangan kerja dari rele, maka rele ini dapat digolongkan kedalam 2 kategori, yaitu :

2. Rele yang bekerja dengan arus bolak balik

Untuk keperluan menjalankan motor arus searah penguatan bebas dengan pengaturan tahanan depan oleh rele keterlambatan waktu yang mempergunakan komponen RC, maka disini dipakai kedua jenis rele tersebut, yaitu berupa control relay dan auxilary relay.

Control relay adalah rele yang bekerja dengan sumber arus searah, dipakai pada sirkit kontrol DC, dengan tegangan kerja = 12 volt. Dalam pemakaiannya pada percobaan dilaboratorium (aplikasi), jenis rele kontrol yang dipakai adalah cukup rele dengan rating arus yang kecil (+₋ 0.5 Ampere) seperti yang sering dipakai pada rangkaian elektronika. Rele ini biasa juga disebut dengan rele single pole-single throw. Bentuk wiring dari control relay ini adalah sebagai berikut.

Gambar 3.8 Bentuk wiring dari contoh relay

Auxilary relay adalah rele yang bekerja dengan sumber aus bolak – balik, dipakai pada sirkit kontrol AC, engan tegangan kerja = 220 volt. Jenis auxilary relay yang dipakai adalah type : SRCa 5.-3, terdiri dari empat buah kontaktor, masing – masing 2 (dua) buah Normally Open ( NO) dan 2 ( dua) buah Normally Close (NC). Banyak nya jenis rele yang dipakai adalah 4 ( empat ) buah. Bentuk susunan kontaktor ( contact arrangement ) dari rele type : SRCa 5.-3 adalah seperti Gambar 3.9 dibawah ini.

Gambar 3.9 Susunan kontaktor dari rele type SRCa 50-3

III.6 Alat Untuk Pengasutan (Starting)

Untuk pengasutan (starting) motor arus searah, alat yang sering dipergunakan adalah :

1. Three-point (tiga ujung) starting rheostat 2. Four-point (empat ujung) starting rheostart 3. Automatic starter

III.6.1 Three-point (tiga titik) starting rheostat

Dikatakan Three-point (tiga ujung) starting rheostat karena pada terminal terdapat tiga ujung, yaitu A (armature), F (field), dan L (line). Pada three-point dilengkapi dengan holding coil, yang gunanya adalah melindungi motor bila ada gangguan sumber tenaga.

Bila I = 0, kemagnetan dalam holding hilang sehingga pegas menarik lengan (engkol) dan kembali kedudukan off. Oleh karena itu, apabila tegangan sumber hidup kembali, jangkat tidak akan mengalami kerusakan. Juga apabila penguat terputus, ini akan berbahaya karena kalau engkol tidak kembali pada kedudukan off putaran motor menjadi sangat cepat dan berbahaya.

Pada Three-point (tiga ujung) starting rheostat holding coil (M) dipasang seri terhadap lilitab penguat magnet.

Gambar 3.10 Three-point starting rheostat yang di pasang pada motor shunt Rangkaian ekivalent dari Gambar 3.10 di atas adalah :

III.6.2 Four-point (empat titik) Starting Rheostat

Gambar 3.12 Four-point starting dipasang pada motor DC shunt

Gambar 3.13 Rangkaian ekivalent four-point starting rheostat

Pada four-point starting terdapat empat ujung yaitu : L+ (line), L- (line), F (field), dan A (Armature). Pada four-point starting rheostat juga dilengkapi dengan holding coil (M).

Guna holding coil adalah untuk melindungi motor bila ada gangguan sumber tenaga. Bila I = 0, kemagnetan pada holding coil hilang sehingga pegas menarik lengan (engkol) dan kembali ke kedudukan off. Oleh karena itu apabila tegangan sumber hidup lagi, jangkar tidak akan mengalami kerusakan.

Juga apabila rangkaian terputus, ini akan berbahaya, karena kalau engkol tidak kembali pada kedudukan off, putaran menjadi sangat cepat dan berbahaya. Pada four-point starting rheostat holding coil (M) dipasang paralel terhadap jala – jala. Jika engkol tidak pada posisi off harus jala – jala terbagi tiga (tiga) bagian :

1. Rangkaian jangkar terdiri atas Ra, Rse, Rst.

2. Rangkaian holding coil terdiri atas holding coil dan R (tahanan untuk pelindung arus)

3. Rangkaian penguat shunt (rsh)

Dengan susunan seperti diatas perubahan arus penguat tidak akan mempengaruh arus pada holding coil.

III.6.3 Pengasutan Otomatis (Automatic Starter)

Menstart motor arus searah selain dengan cara manual, juga banyak dipergunakan dengan cara automatic (automatic starter). Automatic starter mempunyai kontaktor yang digerakan secara elektromagnetik.

Kerja elektromagnetik sudah diatur sebelumnya sehingga kerja kontaktor berurutan dengan teratur. Kontaktor – kontaktor tersebut mengatur tahanan yang tersambung sehingga membatasi arus pada waktu pengasutan.

III.7.Rancangan Tahanan Mula

Prinsip dalam merancang tahanan mula dapat dijelaskan dari Gambar 3.14 dibawah. Gambar 3.14 adalah motor arus searah penguatan shunt yang telah dirangkai seri dengan jangkar.

Gambar 3.14 Motor Arus Searah Penguatan Shunt Dengan Tahanan Mula

Berdasarkan gambar 3.14 di atas, dimisalkan ada tahanan mula (r₁, r₂, r₃, ....r_n−1, r_n) sebanyak n tahanan yang seri dengan tahanan jangkar maka diperoleh tahanan langkah R₁ :

R₁ = (r₁+ r₂+ r₃+ ...+.r_n) + R_a ...( 3.19)

Dan R₂ adalah :

R₂ = = (r₂+ r₃+ r₄+ ...+.r_n) + R_a ...( 3.20)

Dan begitu pula dengan R₃, R₄ sampai akhirnya kepada R_n+1 = R_a

R_n+1 = R_a...(3.21)

Misalkan =α

min

I I_maks

Pada motor arus searah penguatan shunt fluksi medan dianggap konstan, sehingga pergantian tahanan secara bertahan akan menghasilkan relasi :

α = = = = = +1 3 2 2 1 min ... n n maks R R R R R R I I ...( 3.23) a n n n n R R R R R R x x R R x R R ₁ 1 1 1 3 2 2

1 _... = =

= + + α n R R n 1

=

α

...( 3.24) n= α ln ln 1 1 R R ...( 3.25) n adalah banyaknya kancing yang di sentuh tangkai pengasut/engkol.

Dengan mendapatkan harga R₁, R₂, R₃, .... R_n maka akan diperoleh tahanan mula r₁, r

2 dan seterusny. Besarnya tahanan langkah R1, R2, R3, .... Rn, Rn+1, adalah :

 R₁ =

1 1 maks I V ...( 3.26)

 R₂ =

α1

R

 R_n= αn+1

R

...( 3.27) Maka tahanan mula r₁, r₂, r_n dapat diperoleh yakni :

r₁ = R₁ - R₂ r2 = R2 - R3

r_n = R_n - R_n+1 ...( 3.28)

Rangkaian motor arus searah pada keadaan sebenarnya juga terdapat induktansi kumparan jangkar (L_a) dan induktansi kumparan medan (L _f ) dapat dilihat pada gambar 3.15 di bawah.

Gambar 3.15 Rangkaian Motor Arus Searah Penguatan Shunt Dengan Induktansi Jangkar dan Induktansi Medan

Pada motor arus searah penguatan shunt fluksi medan dianggap konstan maka persamaan dapat di tuliskan sebagai berikut :

E_a= K ω_r φ_f = K_b ω_r...( 3.29) Dimana :

K_b = K φ_f (Volt/(Rad/S))...( 3.30) Fluksi yang dihasilkan dari belitan medan dapat dituliskan sebagai berikut :

f

φ =

m f fI N

ℜ ...( 3.31)

Dimana : φ_f = fluksi perkutub (Weber)

N_f = jumlah lilitan pada belitan medan

ℜ_m= reluktansi dari lintasan bersama anatara belitan medan dengan belitan Jangkar.

Apabila persamaan 3.31 disubsitusi ke persamaan 3.30 maka di peroleh: K_b = K

m f fI N

Kb = K m

f fI N

ℜ = LafIf ...( 3.33 )

L m f m f af N a Z P KN ℜ = ℜ = 2

π ...( 3.34 ) Dimana L_af adalah induktansi bersama antara belitan medan dengan belitan jangkar.

Dengan demikian persamaan 3.29 dapat kembali di tuliskan sebagai berikut :

E_a=K_bω_r =L_afI_fω_r...( 3.35 ) Pada keadaan dinamis, torsi yang dihasilkan oleh motor dapat dituliskan sebagai berikut :

T dt t d J t D t T t r r L ind ) ( ) ( ) ( )

( = + ω + ω ...( 3.36 ) Apabila nilai D (konstanta Redaman) diabaikan maka persamaan diatas dapat dituliskan

kembali sebagai berikut :

T dt t d J t T t r L ind ) ( ) ( )

( = + ω ...( 3.37 ) T_ind(t)=T_L(t)+J

[

sω_r(n)(s)−ω_r(n−1)(s)

]

KbIa(s)=TL(s)+J

[

sωr(n)(s)−ωr(n−1)(s)

]

...( 3.38 )

Dan begitu juga halnya dengan tegangan terminal motor (V_t) dalam keadaan dinamis dapat dituliskan kembali sebagai berikut :

V ( ) ( ) ( ) E (t)

dt t dI L R t I

t a _a

a mula a

t = + + ...( 3.39 )

Dengan mengubah persamaan diatas kedalam bentuk laplace, maka :

V_t(s)=I_a(n)(s)R_mula+L_a

[

sI_a(n)(s)−I_a(n−1)(s)

]

+E_a(n)(s) V

) ( ) ( ) )( ( )

(s I_a(n) S R_mula L_as L_aI_{a(n 1)} s K_{b r(n)} s

t = + − − + ω . ...( 3.40 )

[

] [

]

2 ) 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( b t a a n rn L mula a

n r K S L R Js S L R s T s J s I L s V K s + + + − + −

= − ω −

I _{( )}

[

( 1)

]

[

( ₂1)

]

) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( b a mula s L n r b n a a t n a K S L R J s T s J K Js s I L s V s + + − − +

= − ω − _{...( 3.42 )} Dimana :

I_{a( N)}(S) = arus jangkar pada saat t = t_n (Amp) I_a(n−1)(S) = arus jangkar pada saat t = t_n−1 (Amp)

) (n

r

ω (S) = kecepatan putar pada saat t = t (rad/dtk)

) 1 (n− r

ω (S) = kecepatan putar pada saat t = t_n−1 (rad/dtk)

J = momen inersia (Kg.m2) T_L(S) = torsi beban (N.m)

Adapun karakteristik arus start motor arus searah penguatan shunt selama pengasutam dengan memperhitungkan adanya induktansi jangkar dapat dilihat pada Gambar 3.16

Gambar 3.16 Arus start Motor Karena Adanya Induktansi Jangkar Selama Pengasutan

Gambar 3.16 diatas dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada saat motor pertama kali diasut (t₀ = 0) putaran dan torsi motor adalah nol dan juga L_a

dt dI_a

= 0, sehingga persamaan pada saat motor pertama kali diasut adalah :

Ia(S)maks =

1 ) ( R S V_t

Ketika tangkai pengasutan masih berada pada kancing pertama (selang waktu t₀

1

t

→ ) mulailahtimbul torsi sehingga timbullah putaran dan GGL induksi lawan. Timbulnya GGL induksi lawan ini mengakibatkan arus jatuh menjadi minimum. Putaran motor mulai naik selang waktu t₀ , besarnya arus dan putaran motor pada saar minimum (t = t₁) adalah :

I

[

]

₂

1 0 1 ) ( ) ( (()) ) ( ) ( b a L b a a t a K S L R Js S T K Js I L S V s + + + +

= ...(3. 44 )

[

]

2 1 1 0 1 ) ( ) )( ( ) 0 ( ) ( ) ( b a a L a a t b r K S L R Js S L R S T I L S V K S + + + − − =

ω ...(3. 45 )

Adapun GGL induksi lawan dan torsi induksi yang terjadi pada saar minimum (t = t₁) adalah :

E_a1(S)=K_b ω_r1(S) ...(3. 46 ) T_ind1(S)=K_bI_a1(S) ...(3. 47 )

Pada saat tangkai pengasut berpindah ke kancing 2 (dimana tahanan pada rangkaian jangkar adalah R₂) arus yang mengalir pada jangkar kembali menjadi maksimum pada saat t = t₁ ‘ . Pergeseran waktu dari t →t₁ ‘ ini disebabkan oleh adanya induktansi jangkar pada rangkaian. Adanya induktansi jangkar ini mengakibatkan arus maksimum pada saat t = t₁ ‘ menjadi lebih kecil dari pada arus maksimum sebelumnya ( t = t₀ ) dan hal ini akan terjadi terus – menerus pada saat t = t₂’, t = t₃’ dst, putaran dan GGL induksi lawan akan berubah oleh karena L_a ≠0

dt dI_a

dan J ( ) ≠0

dt t dω_r

. Dengan demikian pada saat t = t₁’ , t = t₂’, t = t3’ dst, nilai – nilai dari putaran, arus maksimum,

torsi, dan GGL induksi lawan yang terjadi adalah ω_r1’ , T_ind1’, I_amaks1’, E_a1’, dst. Adapun selisih waktu antara t₁→t₁',t₂ →t₂',t₃→t₃’,dst,yang diakibatkan oleh induktansi

jangkar adalah sangat kecil sekali. Maka dari ituarus maksimum, putaran, GGl induksi lawan dan torsi induksi yang terjadi pada saat t = t₁’ adalah :

[

] [

]

2 2 2 1 1 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ' b a a L r a a t b r K S L R Js S L R S T S J S I L S V K S + + + − + − = ω

ω ...(3. 48 )

I

[

]

[

₂

]

2 1 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( " b a L r b a a t at K S L R Js S T S J K Js S I L S V S + + − − +

= ω ...(3. 49 )

E ( ) ₁''( )

'

1 S Kb _r S

a = ω ...(3. 50 )

T_ind'(S)=K_bI_a1'(S)...(3. 51 )

Selang waktu t →t₂ ‘ , putaran dan GGL induksi lawan semakin bertambah sehingga mengakibatkan arus kembali jatuh menjadi minimum (t = t₂). Adapun besarnya arus minimum dan putaran motor tersebut pada saat (t = t₂) adalah :

[

] [

]

2 2 2 1 1 2 ) ( ( ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ) ( b a a L r a a t b r K s L R Js S L R S T S J S I L S V K S + + + − + − = ω

ω ...(3.52 )

I

[

]

[

₂

]

2 1 1 2 ) ( ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ) ( b a L r b a a t a K S L R Js S T S J K Js S I L S V S + + − − +

= ω ...( 3.53 )

Besarnya GGL induksi lawan dan torsi yang terjadi pada saat minimum (t = t₂) adalah : E_a2(S)=K_bω_r2(S)...( 3.54 ) T_ind2(S)= K_bI_a2(S)...( 3.55 )

Setelah tangkai asut berpindah dimana tahanan pada jangkar adalah R3, arus

berkurang dari pada arus maksimum sebelumnya (t = t₁ '). Maka dari itu arus maksimum, putaran, GGL induksi lawan dan torsi induksi yang terjadi pada saat t = t₂ ' adalah :

[

] [

]

2 3 3 2 2 ' 2 ) ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( b a a L r a a t b r K s L R Js S L R S T S J S I L S V K S + + + − + − = ω

ω ...( 3.56 )

I

[

]

[

₂

]

3 2 2 2 ) ( ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ) ( ' b a L r b a a t a K S L R Js S T S J K Js S I L S V S + + − − +

= ω ...( 3.57 )

E_a2'(S)=K_bω_r2'(S)...( 3.58 ) T_ind2'(S)=K_bI_a2'(S)...( 3.59 )

Kemudian arus kembali menjadi minimum pada saat t = t3, arus minimium dan putaran

yang terjadi pada saat t = t3 adalah :

[

] [

]

2 3 3 2 2 3 ) ( ) ( ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ) ( b a a L r a a t b r K s L R Js S L R S T S J S I L S V K S + + + − + − = ω

ω ...( 3.60 )

I

[

]

[

₂

]

3 2 2 3 ) ( ) ( ) ( ' ) ( ' ) ( ) ( b a L r b a a t a K S L R Js S T S J K Js S I L S V S + + − − +

= ω ...( 3.61)

Besarnya GGL induksi lawan dan torsi yang terjadi pada saat minimum (t = t₃) adalah: Ea3(S)=Kbωr3(S)... ( 3.62 ) T_ind3(S)= K_bI_a3(S)...( 3.63 )

Demikianlah seterusnya sampai akhirnya seluruh tahanan mula terpangkas dan pada akhirnya motor berputar dengan kecepatan putar nominalnya. Namun apabila induktansi jangkar motor tersebut sangat kecil sekali maka nilainya dapat diabaikan. Dengan mengabaikan induktansi jangkar maka persamaan 3-25 dan persamaan 3-26 menjadi : _{( )}( ) ( )

[

( 1)( ) ₂ ( )

]

b mula mula L n r t b n r K JsR R S T S J S V K S + − +

= ω −

ω ...( 3.64 )

I_amin( ) 1( ) b

[

r(n 1)(₂) L( )

]

K JsR S T S J K S JsV S + − −

= ω −

Persamaan 3.57 dan 3.58 diatas berlaku dengan mengabaikan induktansi jangkar. Dengan mengabaikan induktansi jangkar maka pergeseran waktu seperti yang telah dijelaskan sebelumnya tidak akan terjadi. Gambar 3.17 di bawa ini memperlihatkan bahwa besar arus maksimum yang terjadi selama pengasutan pada

saat t₁, t₂, t₃, t₄, tidak mengalami perubahan, hal ini terjadi dengan mengabaikan induktansi jangkar.

Gambar 3.17 Arus Start Motor Tanpa Induktansi Jangkar Selama Pengasutan

Pada Gambar 3.18 dan 3.19 memperlihatkan kecepatam putar motor dan torsi induksi yang terjadi dengan mengabaikan induktansi jangkar selama pengasutan .

Gambar 3.18 Kecepatan Putar Motor Tanpa Induktansi Jangkar Selama Pengasutan

Gambar 3.19 Torsi Induksi Motor Tanpa Induktansi Jangkar Selama Pengasutan

BAB IV

PENGGUNAAN TAHANAN MULA UNTUK MENGATUR START MOTOR ARUS SEARAH SHUNT SECARA OTOMATIS

IV.1. Umum

Gejala peralihan dari suatu motor listrik adalah perubahan dari suatu kerja stabil kepada suatu kerja lainnya, sehingga kecepatan, momen dan arus mengalami perubahan tertunda. Gejala peralihan dari motor listrik tersebut dapat terjadi karena perubahan beban, pembalikan putaran dan waktu menjalankan motor ataupun karena pengereman. Juga dapat terjadi karena adanya perubahan yang tiba – tiba pada sumber, misalnya perubahan tegangan.

Penyelidikan gejala peralihan ini penting sebab ini akan menentukan kapasitas motor, peralatan pengaturan, perencanaan rangkaian pengaturan dan cara mengatasi rugi – rugi yang terjadi pada waktu pengereman dan pada saat mula pengoperasian. Yang dapat direncanakan tanpa memperhitungkan gejala peralihan ini adalah circuit mesin – mesin dan pesawat – pesawat yang digerakannya.

Dengan melakukan perhitungan dan penyelidikan pada gejala peralihan ini, maka kita akan dapat menentukan parameter – parameter motor yang paling ekonomis dan pada waktu pengoperasiannya energi yang dibutuhkan adalah rendah. Gejala peralihan pada motor – motor listrik dilukiskan oleh proses mekanik, elekromagnetik, dan panas yang waktunya singkat. Ketiga prose ini bekerja secara serempak dan satu sama lain saling bergantungan.

Proses gejala peralihan ini waktunya singkat sehingga pengaruh panas tidak mempunyai arti pada komponen – komponen motor tersebut, sebab itu kerja gejala peralihan peralihan ini dilakukan dengan pengabaian pengaruh panas.

Tujuan dari pada kontrol adalah untuk mengatur energi listrik yang dipakai motor sedemikian rupa sehingga sesuai dengan yang kita hendaki.

Misalnya : Mengatur putaran motor, mengatur arah putaran, mengatur arus start motor dan lain sebagainya.

Untuk mempelajari pengaturan motor – motor listrik itu ada tiga hal pokok yang penting untuk diketahui. Yaitu :

1. Mesin – mesin yang menghasilkan listrik (Power Supply) 2. Motor listrik yang digunakan

3. Alat – alat pelayanan dari motor yang akan diatur

Untuk mendapatkan hasil yang baik, maka faktor diatas harus benar – benar diketahui fungsinya. Sebagai power suplly yang digunakan adalah AC maupun DC, penetapannya tergantung dari jenis motor dan keadaan beban yang diinginkan.

Pada gambar 4.2 dibawah ditunjukan sirkit kontrol dan cara kerja nya.

Gambar 4.2 Sirkit kontrol dari discharge konstant waktu RC

1. Tombol start ditekan sehingga rele M bekerja. Rele ini akan menutup kontaktor – kontaktor M. Akan tetapi dalam posisi off atau stop, rele kontrol TD telah menerima energi listrik melalui penyearah gelombang penuh yang mempergunakan trafo center

tap, sehingga kontaktor – kontaktor Normally Close (NC), TD₁, TD₂, TD₃ semua terbuka. Pada saat rele M bekerja maka kontaktor bantu NC M terbuka. Dengan terbukanya kontaktor bantu M ini, maka energi rele TD₁ hilang, tetapi tidak langsung tiba-tiba karena adanya muatan kapasitro C₁. Rele TD₁ akan tetap diberi energi listrik sampai periode discharge konstant waktu R₁C₁.

2. Selama periode rele M diberi energi listrik, maka motor distart dengan tahanan rotor maksimum. Setelah suatu kelambatan waktu yang ditentukan oleh discharge konstan waktu R₁C₁ maka energi rele TD₁ hilang, sehingga menutup kontaktro NC TD₁. Dengan tertutupnya kontaktro NC TD₁, maka rele 1A bekerja, sehingga menutup kontaktor NO 1A. Motor berjalan dengan putaran yang lebih tinggi, karena sebahagian tahanan depan telah dihubung singkat. Pada waktu yang sama kontaktro NC 1A juga terbuka.

3. Dengan terbukanya kontaktor NC 1A, maka rele TD₂ sekarang menerima energi listrik melalui kapasitor C₂, sampai periode discharge konstan waktu R₂C₂ dimana setelah periode ini dicapai, akhirnya energi rele TD₂ hilang sehingga menutup kontaktor NO 2A. Sebahagian lagi tahanan depan dihubung singkat sehingga motor dipercepat lagi putarannya. Pada waktu yang sama kontaktor NC 2A juga terbuka.

4. Rele TD3 sekarang menerima energi listrik melalui kapasitor C3sampai priode

discharge konstan waktu R3C3. Setelah priode ini dicapai akhirnya energi rele TD3.

Tertutupnya kontaktor NC TD₃akan memberi energi listrik pada rele 3A. Akhirnya rele 3A menutup kontaktor NO 3A, ini berarti seluruh tahanan depan telah terhubung singkat dan motor sekarang berjalan dengan putaran nominal.

IV.2 Rangkaian Percobaan

Rangkaian percobaan adalah seperti terlampir.

IV.3 Alat – alat yang dipergunakan

 Motor arus searah penguatan bebas, dengan data – data sebagai berikut : Kapasitas = 2000 Watt

Tegangan = 220 Volt Ia nominal = 9.1 Ampere n nominal = 1500 rpm

 Fuse : 16 Ampere 3 Ampere

 Rectifier : - sistem jembatan

- dengan memakai trafo center tap

 Alat ukur :

Volt meter dc : 0 – 300 Volt Ampere meter dc : 0 – 15 Ampere

0 – 1 Ampere Speedo meter

Stopwatch Timbangan gaya

 Rele – rele :

Auxilary relay : type SRCa 50-3 / 220 Volt Control relay

 Tahanan : - tahanan depan

- tahanan untuk sirkit kontrol DC

IV. 4 Prosedur percobaan

1. Rangkaian kita susun seperti Gambar 4.1 .

2. Semua saklar dalam keadaan terbuka dan posisi dari autotransformator diatur dalam keadaan nol.

3. Switch S₁ di tutup, autotransformator AT₁ diatur sedemikian rupa sehingga arus pada ampere meter A₁ menunjukkan besar arus nominal dari medan penguat motor arus searah.

4. Switch S₄ ditutup, tegangan input motor arus searah dinaikkan sampai mencapai harga nominal yaitu dengan mengatur autotransformator AT₂ dimana besar tegangan tersebut ditunjukkkan oleh volt meter V₁.

5. Tekan pushbotton start, berarti rele M mendapat energi ( rele M bekerja ) dan mengakibatkan kontaktor Normally Open ( NO) M yang ada disirkit jangkat motor menutup. Seterusnya arus jangkar motor masuk melalui tahanan depan dan selanjutnya untuk menghubung singkatkan tahanan depan.

Pada setiap perubahan besar tahanan depan, dicatat waktu t ( detik ), arus jangkar A₂( Ampere ), putaran n ( rpm ) dan kopel ( Kg-m).

6. Tekan pushbotton stop, berarti rele M dilepas dari sumber energinya dan arus jangkar motor menjadi lepas atau dengan kata lain motor berhenti bekerja ( stop ). 7. Arus penguat medan motor diturunkan, switch S₁ dibuka.

8. Dengan merubah besaran tahanan R atau kapasitansi C pada sirkit kontrol dc, percobaan diulangi lagi seperti cara diatas.

IV.5 Hasil pengamatan

a. R₁ = R₂= R₃= 220 Ohm C₁ = C₂ = C3= 14100 µF

I_f = 0.5 Amp V_t = 210 Volt

t ( det ) I_a ( Amp ) n ( rpm ) T ( Kg-m)

0.00 4.50 0.7 1150 4.40

7.35 0.90 0.7 1250 0.20

15.10 0.80 0.7 1375 0.15

23.45 0.75 0.7 1500 0.15

b. R₁ = R₂= R₃= 26.40 Ohm C₁ = C₂ = C3= 14100 µF

I_f = 0.5 Amp V_t = 210 Volt

t ( det ) _I

0.00 4.50 0.7 1250 4.50

10.45 0.90 0.7 1375 0.20

21.30 0.80 0.7 1425 0.14

23.45 0.75 0.7 1500 0.14

c. R₁ = R₂= R3= 26.40 Ohm

C₁ = C₂ = C₃= 16100 µF I_f = 0.5 Amp

V_t = 210 Volt

t ( det ) I_a ( Amp ) n ( rpm ) T ( Kg-m)

0.00 4.50 0.7 1250 4.40

12.03 0.90 0.7 1375 0.25

24.60 0.85 0.7 1450 0.14

34.65 0.80 0.7 1500 0.14

d. R₁ = R₂= R₃= 220 Ohm C₁ = C₂ = C₃= 16100 µF I_f = 0.5 Amp

Vt = 220 Volt

0.00 4.50 0.7 1250 4.50

7.65 0.90 0.7 1350 0.25

15.10 0.80 0.7 1400 0.15

23.45 0.75 0.7 1500 0.15

IV.6 Analisa hasil pengamatan

Percobaan yang dilakukan adalah motor arus searah penguatan bebas dalam keadaan beban nol ( tanpa beban ), sehingga percobaan perbedaan harga – harga pada data – data sangat kecil. Dikarenakan hal yang demikian, maka untuk menggambarkan karakteristik – karakteristik hanya diambil dari satu kali variasi percobaan saja. Sebagai contoh di ambil harga data – adta dari percobaan a.

Dari data – data hasil pengamatan di laboratorium tersebut dapat kita lihat beberapa hal, antara lain adalah :

1. Dengan memanfaatkan sifat transient dari rangkaian yang terdiri dari tahanan R dan kapasitor C, kita dapat membuat keterlambatan atau tundaan waktu terhadap kerja rele. Besarnya waktu tersebut dapat diubah – ubah dengan cara mengubah tahanan R dan kapasitor tersebut.

2. Pada saat motor dijalankan (dioperasikan), keadaan arus start sangat besar dibandingkan dengan besar arus pada keadaan steady state. Besar arus jangkar ini juga mengalami sedikit kenaikan pada setiap tingkat perubahan besar dari tahanan yang dipasangkan. Karakteristik arus jangkar Ia sebagai fungsi dari waktu t adalah seperti Gambar 4.2 di bawah ini .

Gambar 4.2 Karakteristik arus jangkar Ia sebagai fungsi dari waktu t 3. Begitu juga halnya dengan kopel dimana keadaan kopel jauh lebih besar pada saat

motor dijalankan dibandingkan dengan keadaan steady state. Untuk keperluan sehari – hari keadaan yang demikian tentu sangat diharapkan terutama bila motor tersebut digunakan untuk menggerakkan peralatan – peralatan yang menggunakan momen inersia yang besar. Karakteristik momen ( kopel ) T sebagai fungsi dari waktu adalah seperti Gambar 4.3 di bawah ini.

4. Hal sebaliknya kita lihat pada keaadaan putaran motor dimana pada tiap tingkat penurunan harga dari tahanan depan motor, maka putarannya akan semakin naik. Pada Gambar 4.4 di bawah akan ditunjukkan karakteristtik perputaran n sebagai fungsi waktu t.

Gambar 4.4 Karakteristik perputaran n sebagai fungsi dari waktu t

Untuk percobaan ini juga dapat di lihat bebarapa karakteristik lain, yaitu : karakteristik kopel, karakteristik kecepatan dan karakteristik mekanik.

a. Karakteristik Kopel

Karakteristik kopel, yairu karakteristik yang menggambarkan hubungan antara kopel T sebagai fungsi dari arus jangkar Ia. Dari data – data hasil percobaan, karakteristik kopel dapat digambarkan sebagai berikut pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Karakteristik kopel

Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa kopel makin besar pada keadaan arus jangkar Ia yang besar.

b. Karakteristik Kecepatan

Karakteristik kecepatan atau karakteristik putaran adalah karakteristik yang menggambarkan hubungan antara putaran sebagai fungsi dari arus jangkar.

Dari data – data hasil percobaan, karakteristik kecepatan dapat digambarkan sebagai berikut pada Gambar.4.6

Gambar 4.6 Karakteristik Kecepatan

Dari gambar 4.6 dan sesuai dengan rumus :

φ .

. c

R I V

n= t − a a

dimana pada keadaan harga arus jangkar I_a semakin besar maka putaran motor akan semakin turun.

c. Karakteristik Mekanis

Karakteristik mekanis adalah karakteristik yang menggambarkan hubungan antara putaran sebagai fungsi dari kopel ( torsi ). Dari data hasil percobaan, karakteristik mekanis dapat digambarkan seperti Gambar 4.7.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Setelah kita mengenal sistim motor arus searah penguatan bebas, perhitungan – perhitungan serta hasil pengamatan berdasarkan pratikum yang penulis lakukan, maka mengakhiri tugas akhir ini penulis akan mengambil beberapa kesimpulan yang antara lain :

1. Untuk mencegah agar arus jangkar tidak terlalu besar pada saat menjalankan motor arus searah dapat dilakukan dengan :

a. Memperbesar tahanan jangkar yaitu dengan menambah tahanan depan (mula) yang dipasang seri dengan tahanan jangkar dan selanjutnya diturunkan sedikit demi sedikit sampai tahanan depannya sama dengan nol (tahanan depan dihubung singkatkan) pada saat motor mencapai putaran nominalnya.

b. Memperkecil harga tegangan terminal motor yaitu dengan mengatur tegangan yang masuk kemotor itu dimana untuk ini dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain :

− Motor Generator Set

− DC-Chopper

− Silicon Control Rectifier (SCR)

2. Pengaturan tahanan depan ini dapat dilakukan secara manual maupun secara otomatis. Dengan cara manual dimaksudkan bahwa untuk menaikkan putaran motor listrik secara bertahap dikerjakan dengan tangan, sedangkan pada cara otomatis dikerjakan oleh rele – rele dan kontaktor – kontaktor yang bekerja secara elektromagnetik.

3. Salah satu cara menjalankan motor arus searah secara otomatis adalah dengan memakai rele yang dikerjakan oleh pelepasan muatan kapasitor ( capasitor discharge)

4. Dengan memanfaatkan keadaan waktu transient dari energi pelepasan muatan kapsitor dapat dipakai untuk mendapatkan tundaan waktu kerja rele, dimana

untuk ini kapasitor ( C ) biasanya digabungkan dengan komponen tahanan (R) sehingga dengan demikian untuk mendapatkan tundaan waktu kerja rele tersebut disebut dengan tundaan waktu oleh kompenen RC.

5. Untuk mendapatkan variasi dari tundaan waktu reke dapat diperoleh dengan cara merubah – ubah besaran kapasitor C ataupun dengan merubah – ubah besaran tahanan R.

V.2 SARAN

1. Untuk motor – motor yang sering dioperasikan, maka disarankan perlu untuk penyederhanaan pekerjaan operator agar ia cukup menekan tombol saja dan proses operasi kemudian berjalan sendiri, maka dipakailah atau dipergunakan start otomatik dengan menggunakan tahanan mula.

2. Untuk mempelajari pengaturan motor – motor listrik itu ada tiga hal pokok yang penting untuk diketahui, yaiut :

 Mesin – mesin yang menghasilkan listrik (power supply)

 Motor listrik yang digunakan

DAFTAR PUSTAKA

1. Abdul Kadir. Ir, Mesin Arus Searah, Djambatan, 1980

2. A. E. FitZgerald, Charles Kingsley. Jr, Stevens. D. Umans, Mesin-mesin Listrik 3. M. Chilikin, Electric Drive, Mur Publisher, Edisi 3, 1978

4. Muslimin Marpaung. Ir, Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga Listrik, Armico, Bandung.

5. Sumanto. Drs, Mesin Arus Searah, Andi Affset, Yogyakarta

6. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, PT. Gramedia, Jakarta, 1998.

7. Khrisnan, R, Electrical Motor Drives Modelling, Analysis, And Control, Prentice Hall, 2001.

8. Stephen J. Chapman, Electrical Machinery Fundamental, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1999

Gambar 4.5 Karakteristik kopel

Dari gambar diatas dapat kita lihat bahwa kopel makin besar pada keadaan arus jangkar Ia yang besar.

b. Karakteristik Kecepatan

Karakteristik kecepatan atau karakteristik putaran adalah karakteristik yang menggambarkan hubungan antara putaran sebagai fungsi dari arus jangkar.

Dari data – data hasil percobaan, karakteristik kecepatan dapat digambarkan sebagai berikut pada Gambar.4.6

Gambar 4.6 Karakteristik Kecepatan

Dari gambar 4.6 dan sesuai dengan rumus :

φ

. .

c R I V

n= t − a a

dimana pada keadaan harga arus jangkar I_a semakin besar maka putaran motor akan semakin turun.

c. Karakteristik Mekanis

Karakteristik mekanis adalah karakteristik yang menggambarkan hubungan antara putaran sebagai fungsi dari kopel ( torsi ). Dari data hasil percobaan, karakteristik mekanis dapat digambarkan seperti Gambar 4.7.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Setelah kita mengenal sistim motor arus searah penguatan bebas, perhitungan – perhitungan serta hasil pengamatan berdasarkan pratikum yang penulis lakukan, maka mengakhiri tugas akhir ini penulis akan mengambil beberapa kesimpulan yang antara lain :

1. Untuk mencegah agar arus jangkar tidak terlalu besar pada saat menjalankan motor arus searah dapat dilakukan dengan :

a. Memperbesar tahanan jangkar yaitu dengan menambah tahanan depan (mula) yang dipasang seri dengan tahanan jangkar dan selanjutnya diturunkan sedikit demi sedikit sampai tahanan depannya sama dengan nol (tahanan depan dihubung singkatkan) pada saat motor mencapai putaran nominalnya.

b. Memperkecil harga tegangan terminal motor yaitu dengan mengatur tegangan yang masuk kemotor itu dimana untuk ini dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain :

− Motor Generator Set − DC-Chopper

− Silicon Control Rectifier (SCR)

2. Pengaturan tahanan depan ini dapat dilakukan secara manual maupun secara otomatis. Dengan cara manual dimaksudkan bahwa untuk menaikkan putaran motor listrik secara bertahap dikerjakan dengan tangan, sedangkan pada cara otomatis dikerjakan oleh rele – rele dan kontaktor – kontaktor yang bekerja secara elektromagnetik.

3. Salah satu cara menjalankan motor arus searah secara otomatis adalah dengan memakai rele yang dikerjakan oleh pelepasan muatan kapasitor ( capasitor discharge)

4. Dengan memanfaatkan keadaan waktu transient dari energi pelepasan muatan kapsitor dapat dipakai untuk mendapatkan tundaan waktu kerja rele, dimana

untuk ini kapasitor ( C ) biasanya digabungkan dengan komponen tahanan (R) sehingga dengan demikian untuk mendapatkan tundaan waktu kerja rele tersebut disebut dengan tundaan waktu oleh kompenen RC.

5. Untuk mendapatkan variasi dari tundaan waktu reke dapat diperoleh dengan cara merubah – ubah besaran kapasitor C ataupun dengan merubah – ubah besaran tahanan R.

V.2 SARAN

1. Untuk motor – motor yang sering dioperasikan, maka disarankan perlu untuk penyederhanaan pekerjaan operator agar ia cukup menekan tombol saja dan proses operasi kemudian berjalan sendiri, maka dipakailah atau dipergunakan start otomatik dengan menggunakan tahanan mula.

2. Untuk mempelajari pengaturan motor – motor listrik itu ada tiga hal pokok yang penting untuk diketahui, yaiut :

 Mesin – mesin yang menghasilkan listrik (power supply)  Motor listrik yang digunakan

DAFTAR PUSTAKA

1. Abdul Kadir. Ir, Mesin Arus Searah, Djambatan, 1980

2. A. E. FitZgerald, Charles Kingsley. Jr, Stevens. D. Umans, Mesin-mesin Listrik 3. M. Chilikin, Electric Drive, Mur Publisher, Edisi 3, 1978

4. Muslimin Marpaung. Ir, Teori Soal Penyelesaian Teknik Tenaga Listrik, Armico, Bandung.

5. Sumanto. Drs, Mesin Arus Searah, Andi Affset, Yogyakarta

6. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, PT. Gramedia, Jakarta, 1998.

7. Khrisnan, R, Electrical Motor Drives Modelling, Analysis, And Control, Prentice Hall, 2001.

8. Stephen J. Chapman, Electrical Machinery Fundamental, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1999