54
IV.2 Penerapan Uji Retardasi Dalam Menentukan Rugi – Rugi dan Efisiensi Motor DC Shunt
IV.2.1 Prinsip Dasar
Metode ini digunakan selain untuk menentukan J juga untuk menentukan rugi – rugi rotasi pada motor DC. Dengan menjalankan metode ini, maka dapat diketahui energi
yang hilang akibat rugi – rugi rotasi dalam Motor DC shunt. Anggap suatu motor DC shunt bekerja pada saat tanpa beban.
1. Jika suplai ke jangkar dilepas tetapi medan tetap dieksitasi normal, motor tersebut mulai melambat secara bertahap dan akhirnya berhenti. Energi kinetik jangkar digunakan
untuk mengatasi rugi – rugi gesek dan angin dan rugi – rugi besi. 2. Jika suplai jangkar dan medan shunt dilepas bersamaan, motor juga akan melambat
dan akhirnya berhenti. Sekarang juga energi kinetik jangkar digunakan hanya untuk mengatasi rugi – rugi gesekan dan angin. Ini diperkirakan karena tidak adanya fluks
sehingga tidak ada rugi – rugi besi. Dengan menjalankan pengujian yang pertama, kita akan mendapatkan nilai rugi –
rugi gesek, angin dan besi. Namun demikian, jika kita juga menjalankan pengujian yang kedua, kita dapat memisahkan antara rugi – rugi gesek dan angin dengan rugi – rugi besi.
Energi kinetik jangkar ditentukan dengan persamaan :
2
2 1 ω
= J E
K
.........................................4.6 Dimana : J = momen inersia jangkar kgm
2
ω
= Kecepatan sudut, rads =
60 2 n
π
n = Putaran normal rpm
55 Maka di dalam metode retardasi ini, laju perubahan energi kinetik dianggap untuk
mengatasi rugi – rugi rotasi motor. Jika laju perubahan energi kinetik ini disimbolkan dengan
w ∆
, maka
w ∆
=
dt dE
K
w ∆
= 2
1
2
ω J
dt d
w
=
dt d
J ω
ω
w
=
60 2
60 2
n dt
d n
J π
× π
×
w
= Watt
dt dn
Jn 011
, ....................................4.7
Dengan mengetahui nilai momen inersia jangkar J dan nilai perubahankecepatan
dt d
ω
atau
dt dn
dari percobaan, maka perhitungan rugi – rugi rotasi pada Motor DC shunt dapat ditentukan.
IV.2.2 Metode Pengukuran Momen Inersia Pada Jangkar Motor DC Shunt
Di dalam uji retardasi, rugi – rugi rotasi motor di berikan dengan persamaan 6.19 [6] :
w
= Watt
dt dn
Jn 011
, Untuk mendapatkan nilai w, nilai J harus diketahui terlebih dahulu. Tentunya sulit untuk
menentukan J secara langsung atau dengan perhitungan. Oleh karena itu, perlu
56 dilaksanakan percobaan yang lain sebagai perbandingan untuk mendapatkan nilai inersia
jangkar motor tersebut. Percobaan ini disebut dengan metode roda pejal. Mula – mula, pengujian retardasi dilakukan dengan rotor sendiri dan nilai dndt
1
.diukur dan dicatat. Selanjutnya, sebuah roda pejal yang diketahui momen inersianya J
1
dikuncikan ke ujung poros motor. Untuk perubahan kecepatan yang sama, dndt
2
dicatat. Karena penambahan roda pejal tidak mempengaruhi rugi-rugi rotasi secara materialnya dari
kedua kasus maka, Untuk kasus pertama,
w
=
1
011 ,
dt dn
Jn
......................................4.8
Untuk kasus kedua,
w
=
011 ,
J + J
1
2
dt dn
n
..........................4.9
1
011 ,
dt dn
Jn
=
011 ,
J + J
1
2
dt dn
n
1
dt dn
Jn
= J + J
1
2
dt dn
n
J J1
J +
=
1 2
2 1
dt dn
dt dt
dt dn
=
J J1
=
1 1
2 1
1 2
dt -
dt t
t t
dt −
=
J =
1 2
1 1
t t
t J
− ×
....................................4.10 Karena nilai J
1
, t
1
dan t
2
diketahui, maka momen inersia jangkar J dan rugi – rugi rotasinya w dapat ditentukan.
57
IV.2.3 Spesifikasi Motor DC Shunt
Uji retardasi yang dilaksanakan di laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU diterapkan pada mesin DC untuk rating sebagai berikut :
a. Motor DC Shunt
TYP Gd 110110 G-Mot Nr. 7983733 Tegangan nominal = 220 V
P = 1,2 KW I
L
=7,1 A I
sh
= 0,175 A n = 1500 rpm
b. Generator DC
TYP Gd 110110 G-Mot Nr. 7983745 Tegangan nominal = 220 V
P = 1,2 KW I
L
=7,1 A I
sh
= 0,177 A n = 1500 rpm
IV.2.4 Peralatan pengujian
Peralatan yang dipergunakan dalam pengujian ini terdiri dari : a.
Roda Pejal dengan massa 6,5 kg, diameter 26 cm. b.
Rangkaian kontrol terdiri dari Magnetic Contactor, Push Button ONOFF dan kabel
58 c.
Instrumen Pengukuran terdiri dari amperemeter, voltmeter, tachometer, dan stopwatch
d. Power Suplai terdiri dari PTAC Tiga phasa, PTDC dan Penyearah Dioda Tiga
Phasa Gelombang Penuh e.
Generator Arus Searah AEG 1,2 kW f.
Resistor Variabel.
Gambar 4.3 Roda Pejal
IV.2.5 Prosedur Percobaan
Di dalam ujian retardasi ini, dilakukan beberapa pengujian diantaranya : 1.
Uji retardasi dengan rotor sendiri tanpa eksitasi 2.
Uji retardasi dengan roda pejal tanpa eksitasi 3.
Uji retardasi dengan rotor sendiri eksitasi penuh 4.
Uji retardasi dengan roda pejal eksitasi penuh 5.
Uji retardasi dengan pembebanan listrik Selain pengujian di atas dilakukan juga pengujian lainnya yaitu :
1 Pengukuran tahanan jangkar motor
2 Pengukuran tahanan medan shunt motor.
3 Percobaan pembebanan motor
59 Rangkaian kontrol dalam uji retardasi ini ditunjukkan pada Gambar 4.5 berikut :
M M
ON OFF
Gambar 4.4 Rangkaian Kontrol
Adapun prosedur pengujian – pengujian diatas dilaksanakan sebagai berikut:
IV.2.5.1 Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi.
1 Rangkain percobaan disusun seperti gambar berikut.
P T
A C
3
Φ
M
R
S
T S
+
- M
M M
M v
A
1
A
2
R
Lse
Gambar 4.5 Rangkaian percobaan uji retardasi dengan rotor sendiri tanpa eksitasi
2 Posisi Power supply dalam keadaan minimum dan tahanan seri variabel R
Lse
maksimum. Kemudian saklar S ditutup lalu tombol ON ditekan. 3 Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTAC hingga pembacaan
voltmeter V sebesar 220 volt dan amperemeter A
2
sebesar 0,17 Ampere. 4 Atur tahanan R
Lse
hingga putaran motor mencapai nominal 1500 rpm. 5 Motor dibiarkan berputar dengan kecepatan 1500 rpm dalam beberapa saat, lalu
bersiap – siap menekan tombol stop dan menjalankan stopwatch bersamaan. Setelah
60 tombol OFF ditekan, maka suplai tegangan motor akan lepas dan motor akan mulai
mengalami perlambatan. Waktu penurunan kecepatan motor dari 1500 rpm sampai 1400 diukur dengan stopwatch. Kemudian pembacaan waktu stopwatch dicatat. Percobaan
diulang kembali seperti pada poin 2 sampai poin 5 sebanyak 10 kali.
IV.2.5.2 Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi.
1 Rangkain percobaan disusun seperti gambar dibawah ini. Roda pejal dipasang ke
ujung poros rotor lalu dikunci.
P T
A C
3 Φ
M
R
S T
S +
- M
M M
M v
A
1
A
2
R
Lse
Gambar 4.6 Rangkaian percobaan uji retardasi dengan roda pejal
tanpa eksitasi 2 Posisi Power supply dalam keadaan minimum dan tahanan seri variabel R
Lse
maksimum. Kemudian saklar S ditutup lalu tombol ON ditekan. 3 Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTAC hingga pembacaan
voltmeter V sebesar 220 volt dan amperemeter A
2
sebesar 0,17 A. 4 Atur tahanan R
Lse
hingga putaran motor mencapai nominal 1500 rpm. 5 Motor dibiarkan berputar dengan kecepatan 1500 rpm dalam beberapa saat, lalu
bersiap – siap menekan tombol stop dan menjalankan stopwatch bersamaan. Setelah tombol OFF ditekan, maka suplai tegangan motor akan lepas dan motor akan mulai
61 mengalami perlambatan. Waktu penurunan kecepatan motor dari 1500 rpm sampai 1400
diukur dengan stopwatch. Kemudian pembacaan waktu stopwatch dicatat. Percobaan diulang kembali seperti pada poin 2 sampai poin 5 sebanyak 10 kali.
IV.2.5.3 Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh
1 Rangkain percobaan disusun seperti gambar berikut.
P T
A C
3
φ
M
R
S
T S
+
- M
M v
A
1
A
2
R
Lse
Gambar 4.7 Rangkaian percobaan uji retardasi dengan rotor sendiri
eksitasi penuh 2 Posisi Power supply dalam keadaan minimum dan tahanan seri variabel R
Lse
maksimum. Kemudian saklar S ditutup lalu tombol ON ditekan. 3 Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTAC hingga pembacaan
voltmeter V sebesar 220 volt dan amperemeter A
2
sebesar 0,17 A. 4 Atur tahanan R
Lse
hingga putaran motor mencapai nominal 1500 rpm. 5 Motor dibiarkan berputar dengan kecepatan 1500 rpm dalam beberapa saat, lalu
bersiap – siap menekan tombol stop dan menjalankan stopwatch bersamaan. Setelah tombol OFF ditekan, maka suplai tegangan motor akan lepas dan motor akan mulai
mengalami perlambatan. Waktu penurunan kecepatan motor dari 1500 rpm sampai 1400
62 diukur dengan stopwatch. Kemudian pembacaan waktu stopwatch dicatat. Percobaan
diulang kembali seperti pada poin 2 sampai poin 5 sebanyak 10 kali.
IV.2.5.4 Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh
1 Rangkain percobaan disusun seperti gambar dibawah ini. Roda pejal dipasang ke
ujung poros rotor lalu dikunci.
P T
A C
3 φ
M
R
S
T S
+
- M
M v
A
1
A
2
R
Lse
Gambar 4.8 Rangkaian percobaan uji retardasi dengan roda pejal eksitasi penuh
2 Posisi Power supply dalam keadaan minimum dan tahanan seri variabel R
Lse
maksimum. Kemudian saklar S ditutup lalu tombol ON ditekan. 3 Tegangan terminal motor dinaikkan dengan mengatur PTAC hingga pembacaan
voltmeter V sebesar 220 volt dan amperemeter A
2
sebesar 0,17 A. 4 Atur tahanan R
Lse
hingga putaran motor mencapai nominal 1500 rpm. 5 Motor dibiarkan berputar dengan kecepatan 1500 rpm dalam beberapa saat, lalu
bersiap – siap menekan tombol OFF dan menjalankan stopwatch bersamaan. Setelah tombol stop ditekan, maka suplai tegangan motor akan lepas dan motor akan mulai
mengalami perlambatan. Waktu penurunan kecepatan motor dari 1500 rpm sampai 1400 diukur dengan stopwatch. Kemudian pembacaan waktu stopwatch dicatat. Percobaan
diulang kembali seperti pada poin 2 sampai poin 5 sebanyak 10 kali.
63
IV.2.5.5 Pengukuran Tahanan Jangkar Motor
1 Rangkaian percobaan disusun seperti gambar di bawah ini. 2 Power suplai dalam posisi minimum.
3 Saklar S ditutup, lalu tegangan PTDC dinaikkan sampai pembacaan amperemeter menunjukkan arus nominal jangkar 7,1 Ampere
4 Kemudian pembacaan voltmeter dan amperemeter dicatat. Lalu nilai tahanan jangkar dihitung dengan membagi nilai tegangan dengan arus dari hasil percobaan.
P T
D C
M
+
- v
A GA
HB
Gambar 4.9 Rangkaian percobaan pengukuran tahanan jangkar
IV.2.5.6 Pengukuran Tahanan Medan Shunt Motor 1 Rangkain percobaan disusun seperti gambar di bawah ini.
2 Power suplai dalam posisi minimum. 3 Saklar S ditutup, lalu tegangan PTAC dinaikkan sampai pembacaan amperemeter
menunjukkan arus nominal medan 0.177 Ampere 4 Kemudian pembacaan voltmeter dan amperemeter dicatat. Lalu nilai tahanan jangkar
dihitung dengan membagi nilai tegangan dengan arus dari hasil percobaan.
64
P T
A C
3φ
R S
T S
+
- v
A
J K
Gambar 4.10
Rangkaian percobaan pengukuran tahanan medan shunt
IV.2.5.7 Pengujian Pembebanan Motor
1 Rangakaian percobaan disusun seperti gambar di bawah ini. Semua power suplai dalam posisi minimum dan tahanan luar R
L
dan R
Lse
maksimum.
2 Saklar S
1
ditutup lalu tegangan PTAC dinaikkan perlahan – lahan hingga tegangan motor V
1
mencapai nominal 220 volt lalu tahanan R
Lse
diturunkan sampai nilai
minimumnya.
3 Saklar S
2
ditutup lalu arus medan generator dinaikkan dengan PTDC sampai nominal
0,177 Ampere.
4 Saklar S3 ditutup kemudian beban generator diatur dengan menggeser tahanan variabel R
L
dari ¼ beban penuh hingga beban penuh. Jaga nilai V
1
dan I
sh
motor agar tetap konstan.
65 5 Pembacaan voltmeter V
1
, amperemeter A
1
,A
2
,dan A
3
serta putaran motor dicatat pada kondisi pembebanan tersebut sehingga diperoleh data pembebanan untuk tegangan dan I
sh
nominal.
GA HB
P T
A C
3φ
M
R
S
T
S
1
+
- M
M
V
1
A
1
A
2
R
LSE
J K
n T
R
fsh
G
GA
HB K
A
3
V
2
S3
A
4
PTDC
J
S2 R
L
Gambar 4.11 Rangkaian Pecobaan Pembebanan Motor DC Shunt dengan Metode
Reterdasi
IV.2.6 Data Hasil Pengujian
Dari hasil pengujian di atas diperoleh data hasil percobaan sebagai berikut.
a Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi dn=1500 - 1400 rpm
No. Perc dt
1
s No. Perc
dt
1
s I
1.61 VI
Kategori