Analisa Perbandingan Efisiensi Motor Dc Kompon Pendek Dengan Motor Dc Kompon Panjang Akibat Penambahan Kutub

(1)

TUGAS AKHIR

ANALISA PERBANDINGAN EFISIENSI MOTOR DC KOMPON

PENDEK DENGAN MOTOR DC KOMPON PANJANG AKIBAT

PENAMBAHAN KUTUB

Oleh :

070402011

FUAD RAHIM SITOMPUL

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ANALISA PERBANDINGAN EFISIENSI MOTOR DC KOMPON

PENDEK DENGAN MOTOR DC KOMPON PANJANG AKIBAT

PENAMBAHAN KUTUB

Oleh :

070402011

FUAD RAHIM SITOMPUL

Disetujui oleh:

Pembimbing,

NIP. 195306221981031002

Ir. SYAMSUL AMIEN, M.S

Diketahui oleh:

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

NIP. 19540531 198601 1002

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

ABSTRAK

Motor listrik merupakan perangkat elekromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC memerlukan tegangan searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan sebagai penggerak peralatan listrik seperti pompa,penggerak kipas angin, lift dan lain-lain. Karena penggunaannya yang cukup luas maka kinerjanya harus baik. Kinerja suatu motor DC dikatakan baik jika efisiensi motor tersebut tinggi. Hal itu dapat dicapai dengan mengatur bagian-bagian tertentu dari motor. Perubahan posisi sikat pada motor DC mempengaruhi efisiensinya.

Dalam tugas akhir ini penulis akan melakukan analisis perbandingan efisiensi motor DC kompon pendek dengan motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub. Dimana efisiensi motor dc kompon panjang lebih efektif dari pada efisiensi motor dc kompon pendek. Nilai efisiensi tertinggi dari motor dc kompon panjang akibat penambahan kutub adalah 81.92% terhadap torsi beban 0.6 kg. Dan efisiensi tertinggi dari motor dc kompon pendek akibat penambahan kutub adalah 80.16% terhadap torsi beban 0.6 kg.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT dan Nabi Kita Muhammad SAWatas berkat, rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

“

ANALISA PERBANDINGAN EFISIENSI MOTOR DC KOMPON

PENDEK DENGAN MOTOR DC KOMPON PANJANG AKIBAT

PENAMBAHAN KUTUB

”

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Selama

penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu: Ayahanda Darming.F Sitompul dan Ibunda Rosida br.Regar yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendoakan dari sejak penulis lahir hingga sekarang, serta untuk adik-adik penulis, yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam proses penyelesaian Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang

sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rachmad Fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Kepada Ayah dan Ibu tercinta yang telah menghantarkan doa, perhatian, semangat

(5)

4. Kepada seluruh keluarga penulis yang tak henti memberi dukungan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini

5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara atas segala bantuannya.

6. Bayu, Fernadi, Reki Seuharmon, Indra riskiawan, yoakim, rizky zuliandri, mujahiddin, lamhot'07, anna basriyani S.pdi. M.Si, Andry A. marpaung'10 bambang10, yang selalu menjadi teman penulis selama ini.

7. Seluruh teman-teman mahasiswa/i di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan

bantuan yang diberikan kepada penulis.

8. Semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan. Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Terimakasih.

Medan, Februari 2014 Penulis

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR GAMBAR ... viii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penulisan ... 1

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metode Penulisan ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II MOTOR ARUS SEARAH ... 4

II.1 Umum ... 4

II.2 Konstruksi Motor Arus Searah ... 4

II.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah ... 8

II.4 Reaksi Jangkar ... 12

II.5 Mengatasi Reaksi Jangkar ... 16

II.5.1 Pergeseran Sikat (Brush Shifting) ... 17

II.5.2 Penambahan Kutub Bantu (Interpole) ... 18

II.5.3 Belitan Kompensasi (Compensating Windings) ... 19

II.6 Jenis-Jenis Motor Arus Searah ... 19

(7)

II.6.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri ... 21

II.6.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri ... 21

II.6.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt ... 22

II.6.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 23

II.6.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek 24

II.6.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang 25

II.7 Gaya Gerak Listrik Lawan Pada Motor Arus Searah ... 27

II.8 Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor Arus Searah ... 28

II.9 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 29

II.9.1 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (T/Ia) ... 30

II.9.2 Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia) ... 31

II.9.3 Karakteristik Torsi – Putaran (T/n) ... 32

II.10 Efisiensi motor arus searah ... 33

II.10.1 Efisiensi mekanis ... 34

II.10.2 Efisiensi elektris ... 35

BAB III METODE PENELITIAN ... 36

III.1 Tempat dan Waktu penelitian ... 36

III.2 Metode pengambilan data ... 36

III.3 Langkah-langkah penelitian ... 37

III.4 Teknik analisa data ... 38

III.5 Peralatan yang digunakan ... 39

III.6 Rangkaian pengujian ... 39

III.6.1 Rangkaian pengujian motor DC penguatan kompon pendek dan panjang pada kondisi berbeban ... 39

(8)

III.6.2 Rangakain pengujian motor DC penguatan kompon pendek dan panjang pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub ... 40 III.7 Prosedur pengujian ... 41 III.7.1 Prosedur pengujian motor DC penguatan kompon pendek dan panjang pada kondisi berbeban ... 41 III.7.2 Prosedur pengujian motor DC penguatan kompon pendek dan panjang pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub ... 42 BAB IV ANALISA DATA ... 43 IV.1 Data hasil percobaan motor dc kompon pendek tanpa kutub ... 43

IV.1.1 Data hasil percobaan motor dc kompon pendek tanpa kutub 43 IV.1.2 Analisa data pada percobaan motor dc kompon pendek tanpa kutub ... 43 IV.2 Data hasil percobaan motor dc kompon pendek dengan kutub ... 46

IV.2.1 Data hasil percobaan motor dc kompon pendek dengan kutub ... 46 IV.2.2 Analisa data pada percobaan motor dc kompon pendek dengan kutub ... 47 IV.3 Data hasil percobaan motor dc kompon panjang tanpa kutub ... 49

IV.3.1 Data hasil percobaan motor dc kompon panjang tanpa kutub49 IV.3.2 Analisa data pada percobaan motor dc kompon panjang tanpa kutub ... 50 IV.4 Data hasil percobaan motor dc kompon panjang dengan kutub ... 52

IV.4.1 Data hasil percobaan motor dc kompon panjang dengan kutub .... 52 IV.4.2 Analisa data pada percobaan motor dc kompon panjang dengan kutub ... 53

(9)

IV.5 Kurva hasil percobaan ... 55

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 58

5.1 Kesimpulan ... 58

5.2 Saran ... 58

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Kontruksi motor arus searah stator ... 5

Gambar 2.2 Kontruksi motor arus searah rotor ... 5

Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor berarus dlm medan magnet .. 9

Gambar 2.4 Prinsip perputaran motor arus searah ... 10

Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan ... 13

Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar ... 14

Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar ... 14

Gambar 2.8 Kurva pemagnetan saat terjadi reaksi jangkar ... 15

Gambar 2.9 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral ... 18

Gambar 2.10 Motor arus searah yang di lengkapi dengan kutub bantu ... 18

Gambar 2.11 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan bebas ... 20

Gambar 2.12 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan seri ... 21

Gambar 2.13 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan shunt ... 22

Gambar 2.14 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif... 24

Gambar 2.15 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek differensial ... 25

Gambar 2.16 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif... 26

Gambar 2.17 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang differensial ... 26

Gambar 2.18 Kurva karakteristik torsi-arus jangkar ... 31

(11)

Gambar 2.20 Kurva karakteristik torsi-putaran ... 33

Gambar 3.6.1 Rangkaian pengujian motor DC panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub ... 39

Gambar 3.6.2 Rangkaian pengujian motor DC pendek pada kondisi berbeban tanpa kutub ... 40

Gambar 3.6.3 Rangkaian pengujian motor DC panjang pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub ... 40

Gambar 3.6.4 Rangkaian pengujian motor DC pendek pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub ... 41

(12)

ABSTRAK

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Motor arus searah berfungsi mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis berupa putaran sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus maupun generator arus searah.

Akhir-akhir ini mungkin banyak orang beranggapan bahwa tidak perlu lagi mempelajari motor arus searah karena penggunaannya pada industry-industri sudah sangat berkurang. Namun akhirnya beberapa tahun terakhir ini motor arus searah mengalami perkembangan khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak.

Penggunaan motor arus searah dapat kita jumpai pada alat pengangkut disuatu perkembangan, dalam sarana transportasi yaitu pada kereta api listrik dan juga pada mobil yang disuplai oleh baterai. Pemilihan motor arus searah dibandingkan motor sinkron ataupun motor induksi karena mudah dalam pengaturan putaran baik untuk beban yang bervariasi dan juga system mesin DC sering kali dipergunakan pada pemakaian yang memerlukan rentang kecepatan motor yang lebar atau pada pengaturan yang teliti pada keluaran motornya.

Penambahan kutub bantu merupakan salah satu cara untuk mengurangi reaksi jangkar yang terjadi. Pada motor arus searah, dimana reaksi jangkar ini dapat menimbulkan pengaruh yang sangat buruk pada motor arus searah terutama terhadang performasi motor arus searah. Oleh sebab itu, harus dilakukan tindakan yang sesuai terhadap motor arus searah agar pengarus reaksi jangkar tersebut dapat dikurangi.

(14)

Dengan demikian, diharapkan motor arus searah memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Pada motor arus searah, penambahan kutub bantu selama mengantisipasi reaksi jangkar ternyata mempengaruhi efisiensinya. Maka dengan menambah kutub bantu pada motor arus searah dapat meningkatkan performasinya, sehingga dapat bekerja lebih baik.

1.2.Tujuan dan Manfaat Penulisan

1. Mengetahui perbandingan efisiensi antar Motor DC kompon pendek akibat penambahan kutub bantudengan Motor DC kompon pendek tanpa penambahan kutub bantu.

2. Mengetahui perbandingan efisiensi antar Motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub bantu dengan Motor DC kompon panjang tanpa penambahan kutub bantu.

3. Mencari efisiensi yang lebih baik dari Motor DC kompon pendek dan Motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub bantu.

Penulisan tugas akhir dapat mengurangi reaksi jangkar yang terjadi pada motor arus searah DC dan dapat meningkatkanperformasi motor arus searah DC.

1.3.Batasan Masalah

Agar pembahasan tugas akhir ini mendapatkan hasil yang maksimal serta terfokus pada judul dan bidang yang telah disebutkan di atas, maka penulis perlu membatasi permasalahan yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

(15)

1. Motor yang digunakan adalah motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang

2. Motor DC beroperasi sendiri

3. Tidak memperhitungkan rugi – rugi yang terjadi pada motor DC 4. Beban yang digunakan adalah beban resistif

5. Analisis perhitungan berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik

1.4. Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

1. Studi literatur, yaitu dengan membaca teori – teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku – buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel - artikel, jurnal, internet dan lain – lain.

2. Penelitian, yaitu dengan melakukan penelitian di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT – USU .

3. Studi bimbingan, yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro FT – USU, dengan dosen-dosen bidang Konversi Energi Listrik, dan teman – teman sesama mahasiswa.

(16)

1.5 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut: ABSTRAK

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.

BAB II MOTOR ARUS SEARAH

Bab ini membahas tentang motor arus searah (motor DC) secara umum, konstruksi, prinsip kerja, jenis – jenis motor DC dan karakteristik motor DC penguatan kompon.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang metode pengumpulan data, langkah-langkah penelitian,teknik analisa data, peralatan yang digunakan, rangkaian pengujian dan prosedur pengujian

BAB IV HASIL ANALISA DATA

Bab ini membahas tentang perbandingan efisiensi motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian ataupun dari analisis data – data yang telah diperoleh.

(17)

BAB II

MOTOR ARUS SEARAH

2.1. Umum

Motor arus searah adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Pada prinsip pengoperasiannya, motor arus searah sangat identik dengan generator arus searah. Kenyataannya mesin yang bekerja sebagai generator arus searah akan dapat bekerja sebagai motor arus searah. Oleh sebab itu, sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus searah maupun generator arus searah.

Berdasarkan fisiknya motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam dan bagian yang berputar. Pada bagian yang diam (stator) merupakan tempat diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan pada bagian yang berputar (rotor) ditempati oleh rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat.

Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi magnetik. Dimana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan menghasilkan fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet ini menimbulkan suatu gaya. Dimana gaya ini akan menghasilkan momen puntir atau torsi. Apabila torsi start lebih besar dari torsi beban, maka motor akan berputar.

2.2 Konstruksi Motor Arus Searah

(18)

2) Rotor (bagian yang berputar), terdiri dari jangkar, kumparan jangkar dan komutator.

Untuk lebih jelasnya, konstruksi motor arus searah dapat dilihat pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 di bawah ini :

Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator

Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor Keterangan dari Gambar 2.1 dan Gambar 2.2 tersebut adalah :

1. Rangka

Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar komponen mesin dan melindungi bagian mesin. Untuk itu rangka harus dirancang memiliki kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen mesin tersebut.

(19)

Rangka juga berfungsi sebagai tempat mengalirkan fluksi magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan. Rangka dibuat dengan menggunakan bahan ferromagnetik yang memiliki 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.

Pada rangka terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untuk mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut.

2. Kutub Medan

Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Sepatu kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :

a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan.

b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung.

Inti kutub terbuat dari lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang yang terisolasi satu sama lain. Kutub medan (inti kutub dan sepatu kutub) direkatkan bersama-sama kemudian dibuat pada rangka.

3. Sikat

Sikat adalah jembatan bagi aliran arus ke kumparan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Sikat terbuat dari bahan karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam-macam dan dalam beberapa hal dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat harus lebih lunak daripada segmen-segmen

(20)

komutator supaya gesekan yang terjadi antara segmen-segmen komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator.

4. Kumparan Medan

Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. Dimana konduktor tersebut terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi. Belitan medan berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama yang dibentuk dari kumparan pada setiap kutub.

5. Inti Jangkar

Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Seperti halnya pada inti kutub magnet, jangkar juga dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (eddy current). Inti jangkar terbuat dari bahan ferromagnetik yaitu sejenis campuran baja silikon.

6. Kumparan Jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Kumparan jangkar ditempatkan di dalam alur-alur inti jangkar. Jenis-jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam, yaitu :

1. Kumparan jerat (lap winding)

2. Kumparan gelombang (wave winding) 3. Kumparan zig-zag (frog-leg winding)

(21)

7. Komutator

Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator. Komutator terdiri dari sejumlah segmen tembaga yang berbentuk lempengan-lempengan yang dirakit ke dalam silinder yang terpasang pada poros. Dimana tiap-tiap lempengan komutator terisolasi dengan baik antara satu dengan lainnya. Bahan isolasi yang digunakan pada komutator adalah mika.

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. Celah Udara

Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.

2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah

Motor arus searah mempunyai prinsip kerja berdasarkan percobaan Lorentz yang menyatakan : “jika sebatang penghantar listrik yang berarus berada di dalam medan magnet maka pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk suatu gaya”. Gaya yang terbentuk merupakan gaya mekanik yang sering dinamakan gaya Lorentz. Sebuah konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet disekelilingnya. Pada saat

(22)

konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan pada suatu medan magnet, maka konduktor akan mengalami gaya mekanik seperti diperlihatkan pada Gambar 2.3 berikut:

(a) (b)

(c)

Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam medan magnet Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam konduktor, seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.1) berikut ini :

H = 

I N×

...(2.1)

Dimana :

H = kuat medan magnet (lilitan Ampere/meter) N = banyak kumparan (lilitan)

I = arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)  = panjang dari penghantar (meter)

(23)

Pada Gambar 2.3(a) menunjukkan sebuah medan magnet seragam yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan. Sedangkan Gambar 2.3(b) menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus searah dan menghasilkan medan magnet (garis-garis gaya fluksi) disekelilingnya.

Jika konduktor yang dialiri arus tersebut ditempatkan di dalam medan magnet seragam, maka interaksi kedua medan akan menimbulkan medan yang tidak seragam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3 (c). Sehingga kerapatan fluksi akan bertambah besar di atas sebelah kanan konduktor (dekat kutub selatan) dan di bawah sebelah kiri konduktor (dekat kutub utara) sedangkan kerapatan fluksi menjadi berkurang di atas sebelah kiri konduktor dan di bawah sebelah kanan konduktor.

Kerapatan fluksi yang tidak seragam ini menyebabkan konduktor di sebelah kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan konduktor di sebelah kanan akan mengalami gaya ke bawah. Kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam. Prinsip ini lah yang menjadi dasar dari prinsip kerja sebuah motor arus searah.

Untuk lebih jelasnya, prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan Gambar 2.4 berikut ini :

(24)

Gambar 2.4 Prinsip perputaran motor arus searah

Berdasarkan Gambar 2.4 di atas, kedua kutub stator dibelitkan dengan konduktor- konduktor sehingga membentuk kumparan yang dinamakan kumparan stator atau kumparan medan. Kumparan medan tersebut dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka pada kumparan medan itu akan mengalir arus medan (If). Kumparan medan yang dialiri arus ini akan menimbulkan fluksi utama yang dinamakan fluksi stator. Fluksi ini merupakan medan magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan (hal ini dapat dilihat dengan adanya garis-garis fluksi). Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar, berdasarkan hukum Lorentz kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya (F), maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar (). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar.

(25)

Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B), maka besar gaya (F) yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar sepanjang  yang ditempatkan dalam suatu medan magnet dapat ditunjukkan oleh persamaan (2.2) :

F = B . I .  ...……...………...………(2.2) Dimana :

F = gaya Lorentz (Newton)

I = arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) B = kerapatan fluksi (Weber/meter2)

 = panjang konduktor jangkar (meter)

Maka besar gaya keseluruhan yang ditimbulkan oleh jumlah total konduktor jangkar ditunjukkan oleh persamaan (2.3) :

F=Z .B .I ....………...……(2.3) Dimana :

Z = jumlah total konduktor jangkar

Gaya yang terjadi pada kumparan jangkar di atas akan menghasilkan torsi yang besarnya ditunjukkan oleh persamaan (2.4) :

T_a =F .r ...………...…(2.4)

Jika persamaan (2.3) disubstitusikan ke persamaan (2.4), maka akan menghasilkan persamaan (2.5) :

Ta =Z .B .I . .r ...……...(2.5) Dimana :

(26)

r = jari-jari rotor (meter)

Apabila torsi start lebih besar dari torsi beban, maka jangkar akan berputar. 2.4 Reaksi Jangkar

Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh mengalirnya arus pada jangkar, dimana jangkar tersebut berada di dalam medan magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya dua hal, yaitu :

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

Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak dialiri oleh arus, maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub utara menuju kutub selatan seperti pada Gambar 2.5 berikut ini :

U

S

O _M

Bidang Netral Magnetis

Sikat

Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan Dari Gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa :

1. Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis. 2. Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.

Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor dimana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet (ggm) sehingga gaya gerak listrik

(27)

(ggl) induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari Gambar 2.5 sikat selalu ditempatkan di sepanjang bidang netral magnetis. Oleh karena itu, bidang netral magnetis juga disebut sebagai sumbu komutasi karena pembalikan arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OFM mewakili besar dan arah dari fluksi medan utama, dimana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral magnetis.

Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar timbul garis gaya magnet atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada Gambar 2.6 berikut ini :

U

S

Bidang Netral Magnetis

Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar

Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar ditentukan dengan aturan putaran sekrup (cork screw rule). Besar dan arah garis gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang netral magnetis. Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar dan konduktor medan sama- sama dialiri oleh arus listrik, distribusi fluksi resultan diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh

(28)

U

S

β

magnetis lamaBidang netral Bidang netral

magnetis baru

F

M O

F

Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar

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

Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.7 dapat dilihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM, serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat sikat.

(29)

Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan titik jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Pengaruh kejenuhan magnetik terhadap fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan Gambar 2.8 berikut ini :

Gambar 2.8 Kurva pemagnetan saat terjadi reaksi jangkar

Pada Gambar 2.8 dapat dilihat bahwa garis gaya magnet (ggm) resultan adalah

Fk – Fj dimana Fk adalah ggm medan utama tanpa dipengaruhi reaksi jangkar dan Fj

adalah ggm pada jangkar. Untuk Fj positif dan Fj negatif dimisalkan dengan adanya pertambahan dan atau pengurangan ggm yang terjadi pada kutub medan sebesar Fk.

Untuk lokasi di permukaan kutub dimana ggm rotor menambahkan ggm kutub, terjadi sedikit penambahan kerapatan fluks ∆Фn. Tetapi pada lokasi permukaan kutub dimana ggm rotor mengeliminir ggm kutub, terdapat penurunan kerapatan fluksi ∆Фt yang lebih besar : ∆Фn < ∆Фt , sehingga penjumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang. Hal ini disebut juga efek demagnetisasi reaksi jangkar yang timbul karena adanya saturasi magnetik.

Pelemahan fluks ini menimbulkan efek yang sangat serius pada motor arus searah, dimana pelemahan fluks akan menyebabkan motor arus searah semakin cepat hingga tak terkendali.

2.5 Mengatasi Reaksi Jangkar

Sebagaimana telah diketahui bahwa reaksi jangkar dapat menimbulkan pengaruh yang sangat buruk pada motor arus searah. Terutama terhadap performansi motor arus

(30)

searah tersebut. Hal ini jelas tidak diinginkan. Oleh sebab itu, harus dilakukan tindakan yang sesuai terhadap motor arus searah agar pengaruh reaksi jangkar tersebut dapat dikurangi.

Ada tiga cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi reaksi jangkar yang terjadi pada motor arus searah, yaitu:

1. Pergeseran sikat (brush shifting)

2. Kutub-kutub komutasi (comutating poles/interpoles) 3. Belitan kompensasi (compensating windings)

2.5.1 Pergeseran Sikat (Brush Shifting)

Ide dasarnya adalah dengan memindahkan sikat seirama dengan perpindahan bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang timbul. Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul, maka jarak perpindahan bidang netralnya pun berpindah, sehingga sikat juga harus diubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat akan memperburuk melemahnya fluks akibat reaksi jangkar mesin, selain dengan metode ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk bekerja sebagai generator (akan menimbulkan percikan api yang lebih besar), dan sangat tidak ekonomis terutama untuk mesin-mesin berukuran kecil.

Adapun efek diperburuknya fluks akibat reaksi jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.9. Pada Gambar 2.9(a) diperlihatkan kondisi ketika bidang netral mesin bergeser dan sikat mesin masih tetap pada posisi semula. Ggm resultan yang terbentuk dapat dilihat pada Gambar 2.9(c). Sedangkan pada Gambar 2.9(b) terlihat bidang netral mesin yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat mesin. Akibat pergeseran

(31)

tersebut, ggm resultannya melemah sedemikian rupa. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9(d).

U

S

Bidang Netral Lama Bidang Netral

Baru

Sikat Arah Rotasi

Motor

U

S

Bidang Netral Lama Bidang Netral

Baru

Sikat Arah Rotasi

Motor

(a) (b)

F

_Kutub

F

_Rotor

F

_Resultan

F

_Resultan

F

_Rotor

F

_Kutub

Gambar 2.9 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral

2.5.2 Penambahan Kutub Bantu (Interpole)

Ide dasar penambahan kutub bantu (interpole) yaitu jika tegangan pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi penyearahan dibuat nol, maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sikat motor arus searah tersebut. Untuk itu, kutub-kutub kecil yang disebut kutub komutasi ditempatkan di tengah-tengah di antara kutub-kutub utama seperti pada Gambar 2.10. Interpole ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari interpole ini akan dapat mencegah

(32)

atau mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi.

Ketika beban yang dipikul motor meningkat dan arus jangkar juga meningkat, besarnya perubahan atau pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang melakukan komutasi. Pada saat itu fluks interpole juga meningkat, menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral.

Gambar 2.10 Motor arus searah yang dilengkapi dengan kutub bantu 2.5.3 Belitan Kompensasi (Compensating Windings)

Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor, belitan ini bertujuan untuk mengurangi penyimpangan yang timbul akibat reaksi jangkar. Fluks yang ditimbulkan oleh reaksi jangkar diimbangi oleh fluks yang ditimbulkan oleh belitan kompensasi yang besarnya sama dan berlawanan. Ketika beban berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu diimbangi oleh fluks belitan kompensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser.

Teknik ini memiliki kelemahan yaitu harganya mahal, dan juga masih memerlukan interpole untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan

(33)

kompensasi. Oleh sebab itu teknik ini digunakan untuk motor-motor yang bekerja ekstra berat, dimana pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.

2.6 Jenis – Jenis Motor Arus Searah

Berdasarkan sumber tegangan penguatannya, motor arus searah dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

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

2.6.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Pada motor ini, kumparan medan tidak terhubung dengan kumparan jangkar. Masing-masing kumparan tersebut disuplai dengan sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas dapat dilihat pada Gambar 2.11 di bawah ini :

-E_a

R_a Vf

V_t

I_a _I

f +

-R_f +

-Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas

Berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan, dari Gambar 2.11 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti persamaan (2.6) :

(34)

Dari Gambar 2.11 diperoleh juga persamaan tegangan terminal penguat medan dari motor tersebut seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.7) :

Vf = If . Rf………...……….……….…...(2.7) Dimana:

Vt = tegangan terminal jangkar motor arus searah (Volt) Ra = tahanan jangkar (Ohm)

If = arus medan penguatan bebas (Ampere)

Vf = tegangan terminal medan penguatan bebas (Volt) Rf = tahanan medan penguatan bebas (Ohm)

Ea = gaya gerak listrik motor arus searah (Volt) Vsikat = jatuh tegangan pada sikat (Volt)

Umumnya jatuh tegangan pada sikat relatif kecil sehingga besarnya dapat diabaikan, maka untuk rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan.

2.6.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri

Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan medan berhubungan langsung dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat dihubungkan secara seri maupun paralel dengan kumparan jangkar dan dapat juga dihubungkan dengan keduanya, yaitu secara seri dan paralel, tergantung pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor.

Berdasarkan hubungan kumparan medan dengan kumparan jangkarnya, motor arus searah penguatan sendiri dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Motor arus searah penguatan seri 2. Motor arus searah penguatan shunt

(35)

3. Motor arus searah penguatan kompon

2.6.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri ditunjukkan pada Gambar 2.12 di bawah ini :

-Ea

-IS

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar.

Dari Gambar 2.12 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.8) :

Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra………..………...(2.8) Karena IL = Ia = Is

Maka persamaan (2.8) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.9) : Vt = Ea + Ia (Ra + Rs) ………....(2.9) Dimana :

(36)

IL = arus dari jala-jala (Ampere)

2.6.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada Gambar 2.13 di bawah ini :

-V

t E

I_a I_L

-R_sh I

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt Pada motor arus searah penguatan shunt, kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan kumparan jangkar.

Dari Gambar 2.13 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.10) :

Vt = Ea + Ia.Ra ………….……….…...(2.10)

Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) :

sh I =

sh t R

……….………(2.11)

IL = Ia + Ish ………...(2.12) Dimana :

Ish = arus kumparan medan shunt (Ampere) Rsh = tahanan medan shunt (Ohm)

(37)

2.6.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon

Motor arus searah penguatan kompon merupakan gabungan motor arus searah penguatan seri dan motor arus searah penguatan shunt. Motor arus searah penguatan kompon dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Motor arus searah penguatan kompon pendek

• Motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif (bantu) • Motor arus searah penguatan kompon pendek differensial (lawan) 2. Motor arus searah penguatan kompon panjang

• Motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif (bantu) • Motor arus searah penguatan kompon panjang differensial (lawan)

2.6.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek

Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Motor arus searah penguatan kompon pendek terbagi menjadi dua jenis, yaitu kompon pendek kumulatif (bantu) dan kompon pendek differensial (lawan).

Pada motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama. Hal ini disebabkan karena kedua arus medannya sama-sama memasuki dot. Maka sesuai dengan aturan dot, fluksi yang dihasilkan menjadi saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon pendek differensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan. Salah satu arus medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot sehingga fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi.

(38)

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif dan motor arus searah penguatan kompon pendek differensial ditunjukkan oleh Gambar 2.14 dan Gambar 2.15 berikut ini :

-V_t _E

a R_a I_a I_L + -R_sh I_sh I_s R_s

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif (bantu)

-V_t _E

a R_a I_a I_L + -R_sh I_sh I_s R_s

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek differensial (lawan)

Dari Gambar 2.14 dan Gambar 2.15 diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon pendek seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.13) :

Vt = Ea + Is.Rs + Ia. Ra...(2.13) Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.14) :

(39)

IL = Is = Ia + Ish...(2.14)

2.6.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Sama halnya seperti motor arus searah penguatan kompon pendek, motor arus searah penguatan kompon panjang juga terbagi dua, yaitu kompon panjang kumulatif (bantu) dan kompon panjang differensial (lawan).

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkan saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon panjang differensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan sehingga fluksi yang dihasilkan menjadi saling mengurangi.

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif dan motor arus searah penguatan kompon panjang differensial ditunjukkan oleh Gambar 2.16 dan Gambar 2.17 berikut ini :

-V_t _E

R_a I_a I_L

+ -R_sh

I_sh Is

R_s

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif (bantu)

(40)

-V_t _E

R_a I_a I_L

+ -R_sh

I_sh I_s

R_s

Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang differensial (lawan)

Dari Gambar 2.16 dan Gambar 2.17 diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon panjang seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.15) :

Vt = Ea + Is.Rs + Ia.Ra...(2.15) Karena Is = Ia

Maka persamaan (2.15) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.16) :

Vt = Ea + Ia (Rs + Ra) ...(2.16)

Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2.17) dan persamaan (2.18) :

IL = Ia + Ish...(2.17)

I = sh sh

t R

……….………(2.18)

(41)

Ketika jangkar motor arus searah berputar di bawah pengaruh torsi penggerak, konduktor jangkar juga berputar di dalam medan magnet dan akan menghasilkan tegangan induksi di dalamnya seperti halnya pada generator. Sesuai dengan hukum Faraday, akibat gerakan konduktor di dalam suatu medan magnetik maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi yang diinduksikan pada konduktor tersebut. Sesuai dengan hukum Lentz, arah ggl induksi tersebut berlawanan dengan tegangan yang diberikan pada motor dan dikenal sebagai ggl lawan atau ggl balik Ea.

Besarnya tegangan yang diinduksikan tersebut sesuai dengan persamaan (2.19) :

Ea = a P

. 60

. n .Ф...(2.19)

Karena 60 . a Z . P

bernilai konstan, maka dapat dianggap sebagai suatu konstanta K

sehingga persamaan (2.19) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.20) :

Ea = K . n . Ф...(2.20) Dimana :

Ea = gaya gerak listrik lawan motor arus searah (Volt) K = konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor) n = kecepatan putaran jangkar (rotasi per menit)

Φ = fluksi setiap kutub (Weber) P = jumlah kutub

Z = jumlah total konduktor jangkar a = jumlah kumparan tersambung paralel

2.8 Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor Arus Searah

Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor arus searah berlaku persamaan (2.21) :

(42)

Dimana Ea = a 60 n Z Φ P Sehingga a 60 n Z Φ P

= Vt – IaRa

Karena a 60 Z P = K

Maka K n Ф = Vt – IaRa Sehingga diperoleh persamaan (2.22) :

n =

(

)

K R I V_t − a a

...(2.22)

Karena K bernilai konstan, maka persamaan (2.22) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.23) :

n ~

(

)

R I V_t − a a

...(2.23)

Dari persamaan (2.23) di atas dapat dilihat bahwa kecepatan (n) berbanding lurus dengan tegangan terminal motor (Vt), arus jangkar (Ia) dan tahanan jangkar (Ra) serta berbanding terbalik dengan fluks per kutub (Φ). Dengan demikian, kecepatan putaran motor arus searah dapat diatur dengan cara mengubah :

1. Tegangan terminal (Vt) 2. Tahanan jangkar (Ra) 3. Fluks Magnetik (Φ)

2.9 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Kompon

Karakteristik dari suatu motor harus diketahui, karena karakteristik dari suatu motor akan mencerminkan performansi (unjuk kerja) dari motor listrik tersebut selama kondisi operasinya. Untuk motor arus searah penguatan seri dan motor arus searah

(43)

penguatan shunt hanya memiliki satu komponen medan. Sedangkan untuk motor arus searah penguatan kompon memiliki dua kumparan medan yakni kumparan medan shunt dan kumparan medan seri.

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang dan motor arus searah penguatan kompon pendek terdapat tiga karakteristik, yaitu :

1. Karakteristik torsi – arus jangkar (T/Ia) 2. Karakteristik putaran – arus jangkar (n/Ia) 3. Karakteristik torsi – putaran (T/n)

2.9.1 Karakteristik Torsi – Arus Jangkar (T/Ia)

Pada motor arus searah penguatan kompon berlaku persamaan (2.24) : T = K . Фm . Ia...(2.24)

Dimana Фm = Фsh + Фs

Sehingga persamaan (2.24) dapat juga ditulis seperti persamaan (2.25) :

T = K . (Фsh + Фs) . Ia...(2.25) Dimana :

T = torsi jangkar (Newton-meter)

Фsh = fluksi pada kumparan medan shunt (Weber)

Фs = fluksi pada kumparan medan seri (Weber)

Dari persamaan (2.24) dapat dilihat bahwa dengan pertambahan arus jangkar (Ia) maka fluks magnetik (Фm) juga akan bertambah sehingga menyebabkan torsi (T) meningkat. Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, fluksi medan shunt lebih besar dibandingkan medan seri maka bentuk kurva karakteristik torsi – arus jangkar (T/Ia) seperti kurva 1 pada Gambar 2.18. Sedangkan pada motor arus searah

(44)

shunt maka bentuk kurva karakteristik torsi – arus jangkar (T/Ia) seperti kurva 2 pada Gambar 2.18. Untuk lebih jelasnya, bentuk kurva karakteristik torsi – arus jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.18 berikut :

Gambar 2.18 Kurva karakteristik torsi – arus jangkar (T/Ia) 2.9.2. Karakteristik Putaran – Arus Jangkar (n/Ia)

Sebagaimana telah diketahui bahwa kecepatan putaran motor arus searah sesuai dengan persamaan (2.23) sehingga diperoleh persamaan (2.26) :

n ~

...(2.26)

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, fluks magnetik (Φ) dan GGL lawan (Ea) hampir konstan di bawah kondisi normal. Dengan demikian, kecepatan putaran motor (n) hampir selalu konstan walaupun arus jangkar (Ia) berubah-ubah nilainya. Ketika beban bertambah, GGL lawan dan fluks magnetik berkurang akibat drop tegangan pada tahanan jangkar (Ra). Dalam hal ini, GGL lawan berkurang lebih sedikit dibandingkan fluks magnetik. Dengan demikian, kecepatan putaran motor juga menurun sedikit seperti ditunjukkan oleh kurva 2 pada Gambar 2.19. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kecepatan putaran motor akan berubah seiring

(45)

dengan pertambahan beban seperti ditunjukkan oleh kurva 1 pada Gambar 2.19. Untuk lebih jelasnya, bentuk kurva karakteristik putaran – arus jangkar (n/Ia) dapat dilihat pada Gambar 2.19 berikut :

Gambar 2.19 Kurva karakteristik putaran – arus jangkar (n/Ia) 2.9.3. Karakteristik Torsi – Putaran (T/n)

Karakteristik torsi – putaran (T/n) disebut juga karakteristik mekanik. Dari persamaan (2.24) dapat dilihat bahwa jika torsi (T) bertambah, maka nilai (Ia) bertambah, sedangkan fluks magnetik (Фm) tetap. Dengan bertambahnya torsi (T), maka kecepatan putaran (n) akan menurun. Untuk motor arus searah penguatan kompon panjang, bentuk kurva karakteristik torsi – putaran (T/n) ini mendekati ke motor shunt seperti kurva 1 pada Gambar 2.20. Sedangkan untuk motor arus searah penguatan kompon pendek, bentuk kurva karakteristik torsi – putaran (T/n) mendekati ke motor seri seperti kurva 2 pada Gambar 2.20. Untuk lebih jelasnya, karakteristik torsi – putaran (T/n) dapat dilihat pada Gambar 2.20 berikut :

(46)

Gambar 2.20 Kurva karakteristik torsi – putaran (T/n)

2.10. Efisiensi Motor Arus Searah

Efisiensi motor arus searah merupakan perbandingan antara daya keluaran dengan daya masukan yang dinyatakan dalam persen (%) dari motor arus searah tersebut. Daya masukan yang diterima oleh motor arus searah berupa daya listrik sedangkan daya keluaran yang dihasilkannya berupa daya mekanik yaitu gerak rotor dan hasil selisih antara daya masukan dengan daya keluaran motor disebut rugi-rugi. Dengan demikian, efisiensi suatu motor arus searah diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.10.1) :

η = x 100% P

P in out

…...………...(2.10.1)

Karena Pout = Pin – Σ Rugi-Rugi dan Pin = Pout + Σ Rugi-Rugi

Maka efisiensi motor arus searah dapat juga dituliskan seperti persamaan (2.10.2) dan persamaan (2.10.3) :

(47)

η =

in in

Rugi Rugi

P −

∑

−

x 100 %...(2.10.2)

η =

∑

−

+ Rugi Rugi

P out

out

x 100 %...(2.10.3)

Dimana :

η = efisiensi motor arus searah (%)

Pin = daya masukan motor arus searah (Watt) Pout = daya keluaran motor arus searah (Watt)

Efisiensi yang dinyatakan oleh persamaan (2.10.1) disebut juga sebagai efisiensi komersial atau efisiensi keseluruhan (overall efficiency). Selain itu, dalam motor arus searah dikenal juga dua macam efisiensi lainnya, yaitu :

2.10.1 Efisiensi Mekanis

Efisiensi mekanis pada motor arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.10.4) :

ηm = x 100% P

P a out

………....…...…...(2.10.4)

Dimana :

Pout = daya keluaran motor arus searah = Tsh x ω (Watt)

Pa = daya yang dibangkitkan pada kumparan jangkar = Ea x Ia (Watt) Tsh = torsi poros dari motor arus searah (Newton-meter)

(48)

2.10.2 Efisiensi Elektris

Efisiensi elektris atau efisiensi listrik pada motor arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (2.10.5) :

ηe = in

a P P

x 100 %...(2.10.5)

Dimana :

Pin = Vt x IL (Watt)

Vt = tegangan terminal motor arus searah (Volt) IL = arus jala-jala (Ampere)

Dari persamaan (2.10.4) dan persamaan (2.10.5) diperoleh hubungan antara efisiensi mekanis dengan efisiensi elektris yaitu seperti persamaan (2.10.6) :

η = ηm x ηe……….…..………...…(2.10.6) Metode yang paling mudah dalam menentukan efisiensi motor arus searah adalah membebaninya langsung dan mengukur daya masukan dan keluarannya. Maka kita dapat menggunakan persamaan (2.10.1) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Namun, metode ini harus memperhatikan tiga hal utama yaitu metode ini membutuhkan pembebanan pada motor. Kedua, untuk motor-motor dengan rating daya yang besar, beban-beban yang diperlukan tidak mungkin diperoleh. Ketiga, bahan lebih mustahil untuk memberikan beban yang sedemikian rupa, karena daya yang besar akan terbuang menjadikan metode ini sangat mahal.

Metode yang paling umum untuk mendapatkan efisiensi motor arus searah adalah menentukan rugi-ruginya dari pengukuran daya masukan dan keluarannya pada saat berbeban. Kita dapat menggunakan persamaan (2.10.2) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Metode ini memiliki keuntungan yang nyata karena lebih mudah dan ekonomis.

(49)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Tempat dan Waktu Penelitian

Pengambilan data dalam penelitian tugas Akhir ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU, pada tanggal 07 Februari pukul 16.00 s/d 22.30 WIB.

3.2 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data dalam suatu penelitian akan sangat menentukan keberhasilan penelitian, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam memilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metode-metode tersebut adalah sebagai berikut :

1. Metode Dokumentasi

Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperoleh data melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang akan peneliti gunakan adalah data-data yang berhubungan dengan arus, dan tegangan.

2. Metode Observasi

Pengumpulan data dengan observasi langsung atau dengan pengamatan langsung adalah cara pengambilan data ke tempat penelitian. Dalam hal ini penulis langsung berada di lokasi penelitian yaitu di Laboratorium Konversi Energi Listrik dan mengadakan penelitian mengenai hal-hal yang perlu dicatat sebagai data dalam penelitian.

(50)

3.3 Langkah- Langkah Penelitian

Langkah-langkah penelitian yang ditempuh dalam penelitian ini meliputi : 1. Tahap Persiapan

Tujuan dari tahap persiapan penelitian adalah untuk mengkoordinasikan agar saat penelitian dapat berjalan dengan lancar. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

a) Mempersiapkan alat dan bahan untuk penelitian, semua alat dan bahan yang akan digunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu.

b) Mengkondisikan obyek penelitian.

Obyek penelitian yang dimaksudkan disini adalah Motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang, dan penambahan kutub. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:

1) Memastikan bahwa motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang dapat beroperasi.

2) Membandingkan akibat penambahan kutub dengan tidak ditambahkan kutub dengan benar.

c) Mengkondisikan alat ukur.

Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitas yang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus disetting sesuai dengan keadaan seperti skala operasi.

2. Tahap Pengambilan Data

Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian akibat penambahan kutub pada motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang.

(51)

3.4 Teknik Analisa Data

Analisis data merupakan bagian penting dalam penelitian, karena dengan analisis data yang diperoleh mampu memberikan arti dan makna untuk memecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian. Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitungan perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku di dalam perhitungan kecepatan putaran motor.

Persamaan umum motor arus searah

�� = �� + ��

��ℎ = �� = ��ℎ.��ℎ

�� =�� + ��ℎ

Untuk menghitung efisiensi digunakan rumus sebagai berikut :

� = �_� − �_��_�

� =�.�.� Maka :

�.�.� = �_�− �_��_�

�= �� − ��

�.�

3.5. Peralatan Yang Digunakan

Penelitian mengenai perbandingan efisiensi akibat penambahan kutub terhadap motor DC kompon pendek dan motor DC kompon panjang. Peralatan-peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

(52)

3. 2 Unit Tahanan Rheostat 4. Autotrafo

5. Kabel Penghubung

6. Motor Arus Searah AEG 1.2 Kw 7. Magnetik kontraktor

3.6 Rangkaian Pengujian

3.6.1 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Kompon Pada Kondisi berbeban

a. Untuk Motor DC Penguatan Kompon Panjang

M GA HB G GA HB n T S3 RL J K P T A C 3Φ R S T S + -E F A1 A2 V1 A3 1 V2 Ish

Is Ia

AC P T D C J

-If

Gambar 3.6.1 Rangkaian pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban

(53)

b. Untuk Motor DC Penguatan Kompon Pendek M GA HB J K P T A C 3Φ R S T S +

-E F A1 A2 V1 A3 1 G GA HB n T S3 RL V2

IL Is Ia

Ish

AC P T D C J

-If

Gambar 3.6.2 Rangkaian pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban

3.6.2 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Kompon Pada Kondisi Berbeban dengan penambahan kutub.

a. Untuk Motor DC Penguatan Kompon Panjang

M GA HB G GA HB n T S3 RL J K P T A C 3Φ R S T S + -E F A1 A2 V1 A3 1 V2 Ish

Is Ia

AC P T D C J

-If

(54)

b. Untuk Motor DC Penguatan Kompon Pendek

Gambar 3.6.4 Rangkaian pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub.

3.7 Prosedur Pengujian

3.7.1 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Kompon Pendek dan Kompon Panjang Pada Kondisi Berbeban

1. Peralatan di rangkai seperti gambar 2. Power Supply di hubungkan ke Autotrafo 3. Autotrafo diatur 100 volt

4. Pengukuran pertama adalah mencatat arus jangkar dan putaran motor

5. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari; 0.6;0.7;0.8;0.9;1kg, lalu arus jangkar dan putaran dicatat pada setiap penambahan beban. Tegangan

M GA HB J K P T A C 3F R S T S +

-E F A1

A2 V1 A3 1 G GA HB n T S3 RL V2

IL Is Ia

Ish

AC P T D C J

(55)

pada autotrafo di jaga konstan untuk setiap penambahan beban, dan arus medan di atur konstan dengan mengubah tahanan rheostat dan juga tegangan masukan tetap dijaga konstan untuk setiap penambahan beban

6. Setelah pengambilan data, tegangan autotrafo diturunkan perlahan-lahan hingga minimum.

3.7.2 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Kompon Pada Kondisi Berbeban dengan Penambahan kutub.

1. Peralatan di rangkai seperti gambar 2. Power Supply di hubungkan ke Autotrafo 3. Autotrafo diatur 100 volt

4. Pengukuran pertama adalah mencatat arus jangkar dan putaran motor

5. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari; 0.6;0.7;0.8;0.9;1(kg), lalu arus jangkar dan putaran dicatat pada setiap penambahan beban. Tegangan pada autotrafo di jaga konstan untuk setiap penambahan beban, dan arus medan di atur konstan dengan mengubah tahanan rheostat dan juga tegangan masukan tetap dijaga konstan untuk setiap penambahan beban.

6. Setelah pengambilan data, tegangan autotrafo diturunkan perlahan-lahan hingga minimum.

(56)

BAB IV

ANALISA DATA

4.1. DATA HASIL PERCOBAAN MOTOR DC KOMPON PENDEK TANPA PENAMBAHAN KUTUB.

4.1.1. Data hasil percobaan motor dc kompon pendek tanpa penambahan kutub.

Pada percobaan ini besar tegangan Vt =100 volt dan If = 0.08 ampere, sehingga diperoleh data seperti pada tabel berikut;

Tabel 4.1.1 Data Hasil Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban tanpa kutub.

Torsi beban IL ( amp ) Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm )

0.6 5.06 4.98 0.08 900

0.7 5.46 5.38 0.08 850

0.8 5.92 5.84 0.08 790

0.9 6.43 6.35 0.08 750

1 7.09 7.01 0.08 700

4.1.2. Analisa data pada percobaan motor DC kompon pendek tanpa penambahan kutub.

Dari data- data di atas, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi tiap torsi beban.

1. Torsi beban 0.6 kg Pin = Vt . IL

Pin = 100 x 5.06 Pin = 506 watt Vt = Ea+ IaRa

(57)

Ea = 100– 4.98 x 3.84 Ea = 80.87 V

Pout = Ea x Ia Pout = 80.87 x 4.98 Pout = 402.37 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.6 kg sebesar:

�(%) = Pout

Pin � 100%

�(%) = 402.37

506 � 100%

�(%) = 79.5%

2. Torsi beban 0.7 kg

Pin = 100 x 5.46 = 546 watt

Ea = 100 – 5.38 x 3.84 = 79.34 volt

Pout = 79.34 x 5.38 = 426.84 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.7 kg sebesar:

�(%) = 426.84

546 � 100% = 78.1%

3. Torsi beban 0.8 kg

Pin = 100 x 5.92 = 592 watt

Ea = 100 – 5.84 x 3.84 = 79.32 volt

(58)

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.8 kg sebesar:

η(%) = 463.2

592 x 100% = 78.2%

4. Torsi beban 0.9 kg Pin = 100 x 6.43 = 643 watt

Ea = 100 – 6.43 x 3.84 = 75.31 volt

Pout = 75.31 x 6.43 = 484.24 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.9 kg sebesar:

η(%) = 484,24

643 x 100% = 75.31%

5. Torsi beban 1 kg

Pin = 100 x 7.09 = 709 watt

Ea = 100 – 7.09 x 3.84 = 72.76 volt

Pout = 72.76 x 7.09 = 515.86 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 1kgsebesar:

η(%) = 515.86

709 x 100% = 72.76%

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap torsi beban, maka diperoleh efisiensinya seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.1.2 Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban tanpa kutub.

Torsi beban IL( amp ) Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm ) efisiensi ( % )

(59)

0.7 5.46 5.38 0.08 850 78.1%

0.8 5.92 5.84 0.08 790 78.2%

0.9 6.43 6.35 0.08 750 75.31%

1 7.09 7.01 0.08 700 72.76%

4.2. DATA HASIL PERCOBAAN MOTOR DC KOMPON PENDEK DENGAN PENAMBAHAN KUTUB.

4.2.1. Data hasil percobaan motor dc kompon pendek dengan penambahan kutub.

Pada percobaan ini besar tegangan Vt = 100 volt dan If= 0.08, sehingga diperoleh data seperti pada tabel berikut;

Tabel 4.2.1. Data Hasil Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban dengan penambahan kutub.

Torsi

beban IL ( amp ) Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm )

0.6 4.90 4.82 0.08 600

0.7 5.34 5.26 0.08 450

0.8 5.88 5.80 0.08 400

0.9 6.38 6.30 0.08 300

1 6.54 6.46 0.08 250

4.2.2. Analisa data percobaan motor dc kompon pendek dengan penambahan kutub.

(60)

Dari data- data di atas, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi tiap torsi beban.

1. Torsi beban 0.6 kg Pin = Vt . IL

Pin = 100 x 4.9 Pin = 490 watt

Vt = Ea+ IaRa

Ea = Vt− IaRa

Ea = 100 – 4.82 x 3.84 Ea = 100 – 18.51 Ea = 81.49 V

Pout = Ea x Ia Pout = 81.49 x 4.82 Pout = 392.78 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.6 sebesar:

�(%) = Pout

Pin � 100%

�(%) = 392.78

490 � 100%

�(%) = 80.16% 2. Torsi beban 0.7 kg

Pin = 100 x 5.34 = 534 watt

Ea = 100 – 5.26 x 3.84 = 79.81 volt

Pout = 79.81 x 5.26 = 419.80 watt

(61)

�(%) = 419.80

534 � 100% = 78.61%

3. Torsi beban 0.8 kg

Pin = 100 x 5.88 = 588 watt

Ea = 100 – 5.80 x 3.84 = 77.73 volt

Pout = 77.73 x 5.80 = 450.83 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.8 kg sebesar:

η(%) = 450.83

588 x 100% = 76.67%

4. Torsi beban 0.9 kg

Pin = 100 x 6.38 = 638 watt

Ea = 100 – 6.30 x 3.84 =75 .81 volt

Pout = 75.81 x 6.30 = 477.60 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.9 kg sebesar:

η(%) = 477.60

638 x 100% = 74.86%

5. Torsi beban 1 kg

Pin = 100 x 6.54 = 654 watt E_a = 100 – 6.46 x 3.84 = 75.19 volt Pout = 75.19 x 6.46 = 485.73 watt

(62)

η(%) = 485.73

654 x 100% = 74.27%

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap torsi beban, maka diperoleh efisiensinya seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.2.2. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban dengan kutub.

Torsi beban IL( amp ) Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm ) efisiensi ( % )

0.6 4.90 4.82 0.08 600 80.16%

0.7 5.34 5.26 0.08 450 78.61%

0.8 5.88 5.80 0.08 400 76.67%

0.9 6.38 6.30 0.08 300 74.86%

1 6.54 6.46 0.08 250 74.27%

4.3. DATA HASIL PERCOBAAN MOTOR DC KOMPON PANJANG TANPA PENAMBAHAN KUTUB.

4.3.1. Data hasil percobaan motor dc kompon pendek dengan penambahan kutub.

Pada percobaan ini besar tegangan Vt = 100 volt, Ia = IL dan If= 0.08, sehingga diperoleh data seperti pada tabel berikut;

Tabel 4.3.1. Data Hasil Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub.

Torsi beban Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm )

0.6 5.28 0.08 900

0.7 5.68 0.08 850

0.8 6.25 0.08 800

0.9 6.60 0.08 750

(63)

4.3.2. Analisa data percobaan motor dc kompon panjang tanpa penambahan kutub.

Dari data- data di atas, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi tiap torsi beban.

Ia = IL

1. Torsi beban 0.6 kg Pin = Vt . IL

Pin = 100 x 5.28 Pin = 528 watt

V_t = E_a+ I_aR_a E_a = V_t− I_aR_a Ea = 100 – 5.28 x 3.84 Ea = 100 – 20.27 = 79.73 V

Pout = Ea x Ia Pout = 79.73 x 5.28 Pout = 420.97 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.6 kg sebesar:

�(%) = Pout

Pin � 100%

�(%) = 420.97

528 � 100%

�(%) = 79.73% 2. Torsi beban 0.7 kg

(64)

Ea = 100 – 5.68 x 3.84 = 78.19volt

Pout = 78.19 x 5.68 = 444.12 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.7 kgsebesar:

�(%) = 444.12

568 � 100% = 78.19%

3. Torsi beban 0.8 kg Pin = 100 x 6.25 = 625 watt E_a = 100 – 6.25 x 3.84 = 76 volt Pout = 76 x 6.25 = 475 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.8 kg sebesar:

η(%) = 475

625 x 100% = 76%

4. Torsi beban 0.9 kg

Pin = 100 x 6.60 = 660 watt

Ea = 100 – 6.60 x 3.84 =74.66 volt

Pout = 74.66 x 6.60 = 492.75 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.9 kg sebesar:

η(%) = 492.75

660 x 100% = 74.66%

5. Torsi beban 1 kg

Pin = 100 x 7.22 = 722 watt

E_a = 100 – 7.22 x 3.84 = 72.28 volt Pout = 72.28 x 7.22 = 521.86 watt

(65)

η(%) = 521.86

722 x 100% = 72.28%

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap torsi beban, maka diperoleh efisiensinya seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.3.2. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub.

Torsi beban Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm ) efisiensi ( % )

0.6 5.28 0.08 900 79.73%

0.7 5.68 0.08 850 78.19%

0.8 6.25 0.08 800 76%

0.9 6.60 0.08 750 74.66%

1 7.22 0.08 700 72.28%

4.4. DATA HASIL PERCOBAAN MOTOR DC KOMPON PANJANG DENGAN PENAMBAHAN KUTUB.

4.4.1. Data hasil percobaan motor dc kompon panjang dengan penambahan kutub.

Pada percobaan ini besar tegangan Vt = 100 volt, Ia = IL dan If= 0.08, sehingga diperoleh data seperti pada tabel berikut;

Tabel 4.4.1. Data Hasil Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban dengan kutub.

Torsi beban Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm )

0.6 4.71 0.08 600

0.7 5.31 0.08 500

0.8 5.73 0.08 400

0.9 5.94 0.08 350

(66)

4.4.2. Analisa data percobaan motor dc kompon panjang tanpa penambahan kutub.

Dari data- data di atas, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan efisiensi tiap torsi beban.

Ia = IL

1. Torsi beban 0.6 kg Pin = Vt . IL

Pin = 100 x 4.71 Pin = 471 watt Vt = Ea+ IaRa

Ea = Vt− IaRa

Ea = 100 – 4.71 x 3.84 Ea = 100 – 18.08 = 81.92 V

Pout = Ea x Ia Pout = 81.92 x 4.71 Pout = 385.84 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.6 kg sebesar:

�(%) = Pout

Pin � 100%

�(%) = 385.84

471 � 100%

�(%) = 81.92% 2. Torsi beban 0.7 kg

Pin = 100 x 5.31 = 531 watt

(67)

Pout = 79.61 x 5.31 = 422.73 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.7 kgsebesar:

�(%) = 422.73

531 � 100% = 79.61%

3 Torsi beban 0.8 kg

Pin = 100 x 5.73 = 573 watt

Ea = 100 – 5.73 x 3.84 = 77.99 volt

Pout = 77.99 x 5.73 = 446.92 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.8 kg sebesar:

η(%) = 446.92

573 x 100% = 77.99%

4 Torsi beban 0.9 kg

Pin = 100 x 5.94 = 594 watt

Ea = 100 – 5.94 x 3.84 =77.19 volt

Pout = 77.19 x 5.94 = 458.51 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.9 kg sebesar:

η(%) = 458.51

594 x 100% = 77.19%

5 Torsi beban 1 kg

Pin = 100 x 6.36 = 636 watt

E_a= 100 – 6.36 x 3.84 = 75.58 volt Pout = 75.58 x 6.36 = 480.69 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada posisi sudut 100 sebesar:

η(%) = 480.69

(68)

Dengan melakukan perhitungan seperti di atas pada tiap torsi beban, maka diperoleh efisiensinya seperti pada tabel berikut:

Tabel 4.4.2. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub.

Torsi beban Ia ( amp ) Ish ( amp ) n ( rpm ) efisiensi ( % )

0.6 4.71 0.08 600 81.92%

0.7 5.31 0.08 500 79.61%

0.8 5.73 0.08 400 77.99%

0.9 5.94 0.08 350 77.19%

1 6.36 0.08 300 75.58%

4.5. KURVA HASIL PERCOBAAN

68 70 72 74 76 78 80 82

0.6 0.7 0.8 0.9 1

EFISIENSI (%)

TORSI

motor DC kompon pendek tanpa kutub vs

motor DC kompon pendek dengan kutub

tanpa kutub dengan kutub

(69)

66 68 70 72 74 76 78 80 82 84

0.6 0.7 0.8 0.9 1

EFISIENSI (%)

TORSI

motor DC kompon panjang tanpa kutub

vs motor DC kompon panjang dengan

kutub

tanpa kutub dengan kutub

68 70 72 74 76 78 80 82

0.6 0.7 0.8 0.9 1

EFISIENSI (%)

TORSI

motor DC kompon pendek tanpa kutub vs

motor DC kompon panjang tanpa kutub

pendek panjang

(70)

70 72 74 76 78 80 82 84

0.6 0.7 0.8 0.9 1

EFISIENSI (%)

TORSI

motor DC kompon pendek dengan kutub

vs motor DC kompon panjang dengan

kutub

pendek panjang

(71)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

1. Efisiensi motor dc kompon panjang berkutub bantu(81.92% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik di bandingkan dengan efisiensi motor dc kompon panjang tanpa kutub bantu(79.73% dari torsi beban 0.6 kg) dan Efisiensi motor dc kompon pendek berkutub bantu(80.16% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik dibandingkan dengan efisiensi motor dc kompon pendek tanpa kutub bantu(79.50% dari torsi beban 0.6 kg).

2. Efisiensi motor dc kompon panjang tanpa kutub bantu(79.73% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik daripada efisiensi motor dc kompon pendek tanpa kutub bantu(79.50% dari torsi beban 0.6 kg) sedangkan Efisiensi motor dc kompon panjang berkutub bantu(81.92% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik di bandingkan dengan efisiensi motor dc kompon pendek berkutub bantu(80.16% dari torsi beban 0.6 kg).

SARAN

1. Melakukan penelitian pada motor arus searah dengan kapasitas daya yang lebih besar.

2. Untuk mengurangi arus jangkar selain menggunakan kutub bantu dapat dilakukan dengan belitan kompensasi.

3. Meneliti perbandingan antara motor arus searah penguatan kompon komulatif dengan motor arus searah penguatan kompon differensial.

(72)

DAFTAR PUSTAKA

1. Bimbra, P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975.

2. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, JR, Electric Machinery, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1971.

3. Theraja, B.L.& Theraja, A.K, “Atext Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001.

4. Pillai, S.K, “A First Course On Electrical Drives”, Indian Institute of Technology, Bombay, 1982.

5. Theodore, Wildi,”Electrical Machine Design and Power Systems”, Prentice Hall Internasional, Liverpool, 1983.

6. Sawhney, A.K,”Electrical Machine Design”, Dhanpat Rai and sons, Patiala, 1970.

7. Agrawal, K.C,”Industrial Power Engineering and Applications Handbook”, Newness Publisher, USA, 2001.

8. Lister, Eugene C, “Mesin dan Rangkaian Listrik”, Edisi Keenam, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1988.

(1)

Pout = 79.61 x 5.31 = 422.73 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.7 kgsebesar:

�(%) = 422.73

531 � 100% = 79.61%

3 Torsi beban 0.8 kg

Pin = 100 x 5.73 = 573 watt

Ea = 100 – 5.73 x 3.84 = 77.99 volt Pout = 77.99 x 5.73 = 446.92 watt

Sehingga diperoleh efisiensi motor pada torsi beban 0.8 kg sebesar:

η(%) = 446.92

573 x 100% = 77.99%

4 Torsi beban 0.9 kg

Pin = 100 x 5.94 = 594 watt

Ea = 100 – 5.94 x 3.84 =77.19 volt Pout = 77.19 x 5.94 = 458.51 watt