Studi Pengaturan Kecepatan Motor Dc Shunt Dengan Metode Ward Leonard (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SHUNT DENGAN
METODE WARD LEONARD
(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam
menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
oleh
DIMAS HARIND YUDHA PUTRA
NIM: 090402040
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Motor arus searah merupakan salah satu motor listrik yang sering
digunakan oleh industri – industri terutama industri yang membutuhkan kecepatan
putaran yang konstan. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang sangat
mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi.
Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dapat dilakukan dengan metode
ward leonard. Pengaturan putaran motor ini dilakukan dengan mengubah-ubah
tegangan terminal yang memiliki daerah pengaturan yang luas. Dalam Tugas
Akhir ini penelitian dilakukan dengan beberapa variasi tegangan dari yang terkecil
20 volt sampai yang terbesar 220 volt untuk mendapatkan hasil putaran yang juga
akan bervariasi. Nilai kecepatan putaran tertinggi yang didapat sebesar 1850 rpm
ketika diberi tegangan 220 volt dan kecepatan terendah sebesar 750 rpm ketika
diberi tegangan 20 volt.
Kata kunci : Motor dc, Pengaturan Kecepatan Motor, Ward Leonard
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah
dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan
baik Tugas Akhir yang berjudul:
“STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SHUNT DENGAN
METODE WARD LEONARD”
(Aplikasi pada Laboraturium Konversi Energi Listrik FT USU)
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib
dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada
departemen Teknik Elektro FT USU.
Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda
(Suarto) dan Ibunda (Nurhayati Ritonga) serta Adinda tercinta (Dessy Harind
Andika Putri dan Ragil Harind Tri Pamungkas) yang memberi dukungan,
semangat dan doanya.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya
yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk
membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen wali penulis yang banyak
memberikan
masukan
dan
pengarahan
selama
penulis
menempuh
perkuliahan.
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro.
4.
Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro.
5.
Keluarga besar Laboratorium Konversi Energi Listrik, terutama Bang Roy
sebagai staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah
banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukanmasukannya.
6.
Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
7.
Sahabat-sahabat terbaik, Agung, Rizky, Rizal, Tondy, Arfan, Rizi, Nisa,
Yuli, Lukman, Adly, Masykur, Afit, Adit, Faya, Asri, Leo, Doni, Wangto,
Ahmad, Fahrul, Kentrick, Teguh, Reza, Budi, Arif dan seluruh teman-teman
elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu.
8.
Dwi Surya Agustini, terima kasih banyak atas semua bantuan, motivasi dan
dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
9.
Senior-seniorku, Bang Habibi ’07, Bang Kukuh ’07, Bang Indra ’07, Bang
Aji ’08, Bang Syawali ’08, dan junior-juniorku Rimbo ’10, Dicky ’10, Djaka
’10’ Dhuha ’10 yang telah membantu penulis selama perkuliahan.
Universitas Sumatera Utara
10. Kawan kandungku Hamdi Anshari Dalimunthe, Amd., Ednaz Hermawan,
S.T., Siti Octrina Malikah Nasution, S.Ip., dan Raja Arif Rahman Siregar
S.KG yang telah menjadi bagian hidup penulis.
11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun
tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan
untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik
lagi .
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih
mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis.
Medan,
Penulis
September 2013
Dimas Harind Yudha Putra
NIM : 090402040
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ii
DAFTAR ISI .....................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................
ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................
2
1.3 Tujuan Penulisan ............................................................................
2
1.4 Manfaat Penulisan ..........................................................................
2
1.5 Batasan Masalah ............................................................................
2
1.6 Metoda Penulisan ...........................................................................
3
1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum.............................................................................................
6
2.2 Konstruksi Motor Arus Searah.......................................................
7
2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah ................................................... 10
2.4 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Pada Motor Arus Searah ......... 13
2.5 Jenis-Jenis Motor Arus Searah ....................................................... 14
2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Terpisah ............................... 14
2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri .................................. 16
2.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri ............................... 16
Universitas Sumatera Utara
2.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt............................. 17
2.5.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon ........................ 18
2.5.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek .... 18
2.5.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang... 19
2.6 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Shunt ....................... 20
2.6.1 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (Ta/Ia) ........................... 20
2.6.2 Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia) ......................... 21
2.6.3 Karakteristik Putaran – Torsi (n/Ta) ................................... 22
2.7 Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Shunt ........ 22
2.7.1 Metode Pengaturan Tahanan Jangkar ................................... 23
2.7.2 Metode Pengaturan Fluksi .................................................... 24
2.7.3 Metode Pengaturan Tegangan (Ward Leonard System)........ 25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 28
3.2
Metode Pengumpulan Data ........................................................... 28
3.3 Langkah-Langkah Penelitian ......................................................... 29
3.4 Analisa Data ................................................................................... 30
3.5 Peralatan Yang Digunakan............................................................. 30
3.6 Rangkaian Pengujian...................................................................... 31
3.7 Prosedur Pengujian......................................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum............................................................................................. 33
4.2 Hasil Penelitian .............................................................................. 33
4.3 Analisa Data ................................................................................... 34
Universitas Sumatera Utara
4.4 Grafik Pengujian ............................................................................ 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 46
5.2 Saran................................................................................................ 47
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Stator ............................
7
Gambar 2.2
Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor ............................
7
Gambar 2.3
Aturan Tangan Kiri untuk Prinsip Kerja Motor DC ................. 11
Gambar 2.4
Prinsip Kerja Putaran Motor DC .............................................. 12
Gambar 2.5
Motor Arus Searah Penguatan Bebas ....................................... 15
Gambar 2.6
Motor Arus Searah Penguatan Seri........................................... 16
Gambar 2.7
Motor Arus Searah Penguatan Shunt........................................ 17
Gambar 2.8
Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek ...................... 18
Gambar 2.9
Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang ..................... 19
Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (Ta/Ia).................... 21
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia) .................. 21
Gambar 2.12 Karakteristik Putaran – Torsi (n/Ta) ......................................... 22
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Menambah Tahanan Seri Pada Jangkar .................................... 24
Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Rheostat Dalam Mengontrol Fluksi ........................................... 24
Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Metode Ward Leonard ............................................................... 25
Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian ................................................................. 30
Gambar 4.1 Grafik Tegangan Terminal vs Putaran Motor DC Shunt ........... 44
Gambar 4.2 Grafik Tegangan Terminal vs Torsi Motor DC Shunt............... 44
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Hasil Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt
Dengan Metode Ward Leonard ..................................................... 33
Tabel 4.2
Data Hasil Analisa Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt
Dengan Metode Ward Leonard ...................................................... 43
Universitas Sumatera Utara
METODE WARD LEONARD
(Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam
menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
oleh
DIMAS HARIND YUDHA PUTRA
NIM: 090402040
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Motor arus searah merupakan salah satu motor listrik yang sering
digunakan oleh industri – industri terutama industri yang membutuhkan kecepatan
putaran yang konstan. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang sangat
mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi.
Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dapat dilakukan dengan metode
ward leonard. Pengaturan putaran motor ini dilakukan dengan mengubah-ubah
tegangan terminal yang memiliki daerah pengaturan yang luas. Dalam Tugas
Akhir ini penelitian dilakukan dengan beberapa variasi tegangan dari yang terkecil
20 volt sampai yang terbesar 220 volt untuk mendapatkan hasil putaran yang juga
akan bervariasi. Nilai kecepatan putaran tertinggi yang didapat sebesar 1850 rpm
ketika diberi tegangan 220 volt dan kecepatan terendah sebesar 750 rpm ketika
diberi tegangan 20 volt.
Kata kunci : Motor dc, Pengaturan Kecepatan Motor, Ward Leonard
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah
dan rahmat-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan
baik Tugas Akhir yang berjudul:
“STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SHUNT DENGAN
METODE WARD LEONARD”
(Aplikasi pada Laboraturium Konversi Energi Listrik FT USU)
Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib
dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada
departemen Teknik Elektro FT USU.
Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda
(Suarto) dan Ibunda (Nurhayati Ritonga) serta Adinda tercinta (Dessy Harind
Andika Putri dan Ragil Harind Tri Pamungkas) yang memberi dukungan,
semangat dan doanya.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya
yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk
membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini.
Universitas Sumatera Utara
2.
Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen wali penulis yang banyak
memberikan
masukan
dan
pengarahan
selama
penulis
menempuh
perkuliahan.
3.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro.
4.
Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik
Elektro.
5.
Keluarga besar Laboratorium Konversi Energi Listrik, terutama Bang Roy
sebagai staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah
banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukanmasukannya.
6.
Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
7.
Sahabat-sahabat terbaik, Agung, Rizky, Rizal, Tondy, Arfan, Rizi, Nisa,
Yuli, Lukman, Adly, Masykur, Afit, Adit, Faya, Asri, Leo, Doni, Wangto,
Ahmad, Fahrul, Kentrick, Teguh, Reza, Budi, Arif dan seluruh teman-teman
elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu.
8.
Dwi Surya Agustini, terima kasih banyak atas semua bantuan, motivasi dan
dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
9.
Senior-seniorku, Bang Habibi ’07, Bang Kukuh ’07, Bang Indra ’07, Bang
Aji ’08, Bang Syawali ’08, dan junior-juniorku Rimbo ’10, Dicky ’10, Djaka
’10’ Dhuha ’10 yang telah membantu penulis selama perkuliahan.
Universitas Sumatera Utara
10. Kawan kandungku Hamdi Anshari Dalimunthe, Amd., Ednaz Hermawan,
S.T., Siti Octrina Malikah Nasution, S.Ip., dan Raja Arif Rahman Siregar
S.KG yang telah menjadi bagian hidup penulis.
11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun
tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan
untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik
lagi .
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi
penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini
dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih
mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis.
Medan,
Penulis
September 2013
Dimas Harind Yudha Putra
NIM : 090402040
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ......................................................................................
ii
DAFTAR ISI .....................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................
ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ...............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..........................................................................
2
1.3 Tujuan Penulisan ............................................................................
2
1.4 Manfaat Penulisan ..........................................................................
2
1.5 Batasan Masalah ............................................................................
2
1.6 Metoda Penulisan ...........................................................................
3
1.7 Sistematika Penulisan ....................................................................
4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Umum.............................................................................................
6
2.2 Konstruksi Motor Arus Searah.......................................................
7
2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah ................................................... 10
2.4 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Pada Motor Arus Searah ......... 13
2.5 Jenis-Jenis Motor Arus Searah ....................................................... 14
2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Terpisah ............................... 14
2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri .................................. 16
2.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri ............................... 16
Universitas Sumatera Utara
2.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt............................. 17
2.5.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon ........................ 18
2.5.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek .... 18
2.5.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang... 19
2.6 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Shunt ....................... 20
2.6.1 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (Ta/Ia) ........................... 20
2.6.2 Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia) ......................... 21
2.6.3 Karakteristik Putaran – Torsi (n/Ta) ................................... 22
2.7 Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Shunt ........ 22
2.7.1 Metode Pengaturan Tahanan Jangkar ................................... 23
2.7.2 Metode Pengaturan Fluksi .................................................... 24
2.7.3 Metode Pengaturan Tegangan (Ward Leonard System)........ 25
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................ 28
3.2
Metode Pengumpulan Data ........................................................... 28
3.3 Langkah-Langkah Penelitian ......................................................... 29
3.4 Analisa Data ................................................................................... 30
3.5 Peralatan Yang Digunakan............................................................. 30
3.6 Rangkaian Pengujian...................................................................... 31
3.7 Prosedur Pengujian......................................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Umum............................................................................................. 33
4.2 Hasil Penelitian .............................................................................. 33
4.3 Analisa Data ................................................................................... 34
Universitas Sumatera Utara
4.4 Grafik Pengujian ............................................................................ 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 46
5.2 Saran................................................................................................ 47
DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Stator ............................
7
Gambar 2.2
Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor ............................
7
Gambar 2.3
Aturan Tangan Kiri untuk Prinsip Kerja Motor DC ................. 11
Gambar 2.4
Prinsip Kerja Putaran Motor DC .............................................. 12
Gambar 2.5
Motor Arus Searah Penguatan Bebas ....................................... 15
Gambar 2.6
Motor Arus Searah Penguatan Seri........................................... 16
Gambar 2.7
Motor Arus Searah Penguatan Shunt........................................ 17
Gambar 2.8
Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek ...................... 18
Gambar 2.9
Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang ..................... 19
Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (Ta/Ia).................... 21
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia) .................. 21
Gambar 2.12 Karakteristik Putaran – Torsi (n/Ta) ......................................... 22
Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Menambah Tahanan Seri Pada Jangkar .................................... 24
Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Rheostat Dalam Mengontrol Fluksi ........................................... 24
Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan
Metode Ward Leonard ............................................................... 25
Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian ................................................................. 30
Gambar 4.1 Grafik Tegangan Terminal vs Putaran Motor DC Shunt ........... 44
Gambar 4.2 Grafik Tegangan Terminal vs Torsi Motor DC Shunt............... 44
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Hasil Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt
Dengan Metode Ward Leonard ..................................................... 33
Tabel 4.2
Data Hasil Analisa Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt
Dengan Metode Ward Leonard ...................................................... 43
Universitas Sumatera Utara