Pengaruh Penambahan Kutub Bantu Pada Motor Arus Searah Penguatan Seri Dan Shunt Untuk Memperkecil Rugi-Rugi (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU)

PENGARUH PEN SEARAH PENGU

(Aplikasi pad Diajukan untuk m pendidikan sarjana (

D

U

ENAMBAHAN KUTUB BANTU PADA MO UATAN SERI DAN SHUNT UNTUK MEM

RUGI-RUGI

ada Laboratorium Konversi Energi Listrik F uk memenuhi salah satu persyaratan dalam men

a (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub J Listrik

Oleh:

AL MAGRIZI FAHNI NIM : 090402004

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2014

The image cannot be display ed. Your computer may not hav e enough memory to open the image, or the image may hav e been corrupted. Restart y our computer, and then open the file again. I f the red x still appears, y ou may hav e to delete the image and then insert it again.

OTOR ARUS EMPERKECIL

k FT-USU) enyelesaikan ub Jurusan Energi

1. Bapak Ir. Syamsul Amien, M.S selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing, membantu dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Muhammad Zulfin, 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 FT-USU, dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Om Isroi Tanjung, ST (Om Roy) selaku Pegawai di Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU yang banyak membantu penulis selama proses pengambilan data.

5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

6. Dara Pawiza Pohan, seorang teman, sahabat dan penyemangat yang luar biasa. Terima kasih atas dukungan dan doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

7. Sahabat-sahabat terbaikku dari angkatan 2009, Rizky (Guru) ST, Rizal (Bang Zal), Dimas (Liverpool) ST, Yuli (Swan) ST, Nisa (Bogel) ST, Dj.Marfans (Sahabat tanpa tanda jasa), Agung (Kakak Pertama) ST, Dolcup ST, Adly wkwk (Lidi), Afit (Darman), Dinyok, Bang Fayaye (Preman Brandan), Tondy (Thailand), Wangto Tegangan Tinggi ST, Ahmad, Pak Doni, Fahrul, Nanda, Mahdi Maskur (Dukun Remi), Kentrick ST, Teguh,

Budi, Arif, Reza, Leo, Asri Milaqmar, Shuhaimik Akbar Alhabsy, dan semua teman-teman angkatan 2009 lainnya.

8. Senior – seniorku yang baik hatinya (Bang Azhari, Bang Recky, Bang Pindo, Bang Ihksan, Bang Parlin, Bang Iqbal, dan lain-lain) yang telah bersedia berbagi pengalaman kepada penulis selama masa perkuliahan. 9. Adik–adik junior (Zein, Rais, Endra, Aspar, Fikry, Yoga, Angga, Wahyudi,

Mursid, Yahya, Dwi dan lain-lain) yang selalu siap sedia menolong penulis kapanpun dibutuhkan.

10. Asisten Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU (Djaka, Diky, Dhuha, Bembeng) yang secara ikhlas membantu penulis selama proses pengambilan data.

11. Seluruh pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung selama menjalani masa perkuliahan di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhirini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi penyemepurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkannya.

Medan, Juni 2014 Penulis

ABSTRAK

Penggunaan motor DC akhir-akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Terutama untuk menggerakkan beban yang berat dan bervarisasi. Oleh sebab itu, diharapkan motor DC dapat bekerja secara efisien. Pada saat motor DC dibebani, akan mengalir arus jangkar yang mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Arus jangkar yang terlalu besar akan mengakibat timbulnya rugi-rugi daya pada motor DC, salah satu cara untuk memperkecil rugi-rugi daya pada motor DC adalah dengan penambahan kutub bantu pada motor DC.

Pada Tugas Akhir ini, penulis menganalisis pengaruh penambahan kutub bantu pada motor DC penguatan seri dan shunt untuk memperkecil rugi-rugi. Berdasarkan hasil penelitian, motor DC yang menggunakan kutub bantu memiliki rugi-rugi daya lebih kecil dibandingkan motor DC yang tidak menggunakan kutub bantu.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

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 Metode 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 ... 11

2.4 Reaksi Jangkar ... 15

2.5 Mengatasi Reaksi Jangkar... 18

2.5.2 Penambahan Kutub Bantu(interpole)... 20

2.5.3 Belitan Kompensasi(Compensating Windings)... 21

2.6 Jenis-Jenis Motor Arus Searah ... 22

2.6.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas ... 22

2.6.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri ... 23

2.6.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri ... 24

2.6.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt ... 25

2.6.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon ... 26

2.7 Gaya Gerak Listrik Lawan Pada Motor Arus Searah ... 28

2.8 Rugi-rugi Pada Motor Arus Searah ... 29

2.8.1 Rugi-rugi Tembaga (copper losses)... 31

2.8.2 Rugi-rugi Inti(core or iron losses)... 32

2.8.3 Rugi-rugi Sikat(brush losses)... 34

2.8.4 Rugi-rugi Mekanik(mechanical losses)... 34

2.8.5 Rugi-rugi Beban Stray(stray load losses)... 35

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 37

3.2 Metode Pengumpulan Data ... 37

3.3 Langkah-Langkah Penelitian ... 38

3.4 Analisa Data ... 39

3.5 Peralatan Yang Digunakan... 40

3.6 Rangkaian Pengujian ... 41 3.6.1 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Seri Pada Kondisi

Tanpa Beban ... 41

3.6.2 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Seri Pada Kondisi Berbeban ... 42

3.6.3 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban ... 43

3.6.4 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Berbeban ... 44

3.7 Prosedur Pengujian ... 45

3.7.1 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Seri Dan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban ... 45

3.7.2 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Seri Dan Shunt Pada Kondisi Berbeban ... 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ... 48

4.2 Hasil Penelitian ... 49

4.3 Analisa Data ... 51

4.4 Grafik Pengujian ... 74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 77

5.2 Saran ... 78

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator... 7

Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor... 7

Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam medan magnet ... 11

Gambar 2.4 Prinsip perputaran motor arus searah ... 13

Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan ... 15

Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar ... 16

Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar... 17

Gambar 2.8 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral ... 20

Gambar 2.9 Motor arus searah yang dilengkapi dengan kutub bantu ... 21

Gambar 2.10Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas ... 22

Gambar 2.11Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri... 24

Gambar 2.12Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ... 25

Gambar 2.13Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek... 27

Gambar 2.14Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang ... 28

Gambar 2.15Diagram aliran daya pada motor arus searah ... 30

Gambar 2.16Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub ... 32

Gambar 2.17Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat dan yang dilaminasi ... 34 Gambar 3.1 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi

tanpa beban dan tanpa kutub bantu ... 41 Gambar 3.2 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi

tanpa beban dengan kutub bantu ... 42 Gambar 3.3 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi

berbeban tanpa kutub bantu... 42 Gambar 3.4 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi

berbeban dengan kutub bantu ... 43 Gambar 3.5 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi

tanpa beban dan tanpa kutub bantu ... 43 Gambar 3.6 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi

tanpa beban dengan kutub bantu ... 44 Gambar 3.7 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi

berbeban tanpa kutub bantu... 44 Gambar 3.8 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi

berbeban dengan kutub bantu ... 45 Gambar 4.1 Grafik beban dengan daya input motor DC penguatan

seri ... 74 Gambar 4.2 Grafik beban dengan rugi-rugi daya motor DC penguatan

seri ... 74 Gambar 4.3 Grafik beban dengan daya output motor DC penguatan

seri ... 75 Gambar 4.4 Grafik beban dengan daya input motor DC penguatan

Gambar 4.5 Grafik beban dengan rugi-rugi daya motor DC penguatan

shunt ... 76 Gambar 4.6 Grafik beban dengan daya output motor DC penguatan

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Tanpa Beban Dan Tanpa Kutub Bantu ... 49 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Tanpa Beban Dan

Berkutub Bantu ... 49 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Berbeban Dan

Tanpa Kutub Bantu ... 49 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Berbeban Dan

Berkutub Bantu ... 50 Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Tanpa Beban

Dan Tanpa Kutub Bantu... 50 Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Tanpa Beban

Dan Berkutub Bantu... 50 Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Berbeban

Dan Tanpa Kutub Bantu... 51 Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Berbeban Dan

Berkutub Bantu ... 51 Tabel 4.9 Hasil Analisis Data Pengujian Motor DC Penguatan Seri Tanpa

Kutub Bantu ... 62 Tabel 4.10Hasil Analisis Data Pengujian Motor DC Penguatan Seri Dengan

Kutub Bantu ... 62 Tabel 4.11Hasil Analisis Data Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Tanpa

Tabel 4.12Hasil Analisis Data Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Dengan Kutub Bantu ... 73

ABSTRAK

Penggunaan motor DC akhir-akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Terutama untuk menggerakkan beban yang berat dan bervarisasi. Oleh sebab itu, diharapkan motor DC dapat bekerja secara efisien. Pada saat motor DC dibebani, akan mengalir arus jangkar yang mengakibatkan terjadinya reaksi jangkar. Arus jangkar yang terlalu besar akan mengakibat timbulnya rugi-rugi daya pada motor DC, salah satu cara untuk memperkecil rugi-rugi daya pada motor DC adalah dengan penambahan kutub bantu pada motor DC.

Pada Tugas Akhir ini, penulis menganalisis pengaruh penambahan kutub bantu pada motor DC penguatan seri dan shunt untuk memperkecil rugi-rugi. Berdasarkan hasil penelitian, motor DC yang menggunakan kutub bantu memiliki rugi-rugi daya lebih kecil dibandingkan motor DC yang tidak menggunakan kutub bantu.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran. Pada motor DC (motor arus searah) energi listrik yang diubah adalah energi arus searah yang berasal dari sumber tegangan listrik arus searah. Dimana sumber tegangan ini dihubungkan ke kumparan medan dan kumparan jangkar dari motor tersebut. Kumparan medan pada motor arus searah disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Fungsi motor adalah menghasilkan kopel (torsi).

Motor arus searah sangat banyak digunakan dalam aplikasi industri. Penggunaan motor arus searah dapat dijumpai pada traksi, elevator, conveyer, dan sebagainya. Dalam penggunaannya diharapkan motor arus searah dapat bekerja secara efisien, dimana efisiennya suatu motor arus searah dapat kita lihat dari besar nilai efisiensinya.

Dengan demikian, perlu dilakukan pengujian untuk mengetahui pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah untuk memperkecil rugi-rugi. Sehingga dengan mengetahui pengaruhnya diharapkan motor arus searah dapat bekerja dengan baik.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam Tugas Akhir ini yaitu bagaimana pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah untuk memperkecil rugi-rugi.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah untuk memperkecil rugi-rugi.

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat penelitian ini adalah mengetahui cara kerja mesin arus searah dengan penambahkan kutub bantu serta memberikan kesempatan bagi mahasiswa lain untuk mempelajarinya lebih lanjut.

1.5 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 :

1. Motor yang digunakan adalah motor arus searah penguatan seri dan shunt. 2. Rugi-rugi yang di hitung adalah rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi konstan. 3. Rugi-rugi konstan pada motor dihitung berdasarkan data-data yang

diperoleh dari hasil pengujian pada kondisi tanpa beban.

4. Pembahasan dititikberatkan pada perubahan rugi-rugi motor karena penambahan kutub bantu.

5. Tidak membahas gangguan yang terjadi pada motor.

6. Analisis perhitungan berdasarkan peralatan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.

1.6 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. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

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

1.7 Sistematika Penulisan

Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:

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 DASAR TEORI

Bab ini membahas tentang motor DC (motor arus searah) secara umum, konstruksi, prinsip kerja, reaksi jangkar, gaya gerak listrik lawan, jenis-jenis motor arus searah dan rugi-rugi pada motor arus searah penguatan.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini membahas tentang cara yang harus ditempuh dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu penelitian dapat memenuhi harga ilmiah.

BAB IV PENGARUH PENAMBAHAN KUTUB BANTU PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DAN SHUNT UNTUK MEMPERKECIL RUGI-RUGI

Bab ini membahas tentang pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah penguatan seri dan shunt pada kondisi

tanpa beban dan kondisi berbeban, perhitungan rugi-rugi serta grafik pengujian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

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

BAB II

DASAR TEORI

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 menmbulkan 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 M Secara umum konst 1) Stator (bagian yang 2) Rotor (bagian yan

komutator.

Untuk lebih j Gambar 2.1 dan Gamba

Gambar

Gambar

Gambar

si Motor Arus Searah

um konstruksi motor arus searah terbagi atas dua ang diam), terdiri dari rangka, komponen magne yang berputar), terdiri dari jangkar, kumpara

h jelasnya, konstruksi motor arus searah dap mbar 2.2 dibawah ini :

bar 6.1 Konstruksi motor arus searah bagian st

ar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian sta

bar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rot

s dua bagian, yaitu : gnet dan sikat. paran jangkar dan

dapat dilihat pada

n stator

n stator

Keterangan dari Gambar 6.1 dan Gambar 6.2 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.

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 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 : Kumparan jerat (lap winding), Kumparan gelombang (wave winding), Kumparan zig-zag(frog-leg winding).

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. Agar dihasilkan tegangan arus searah yang konstan, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar.

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 M Motor arus se Lorentz yang menyata di dalam medan mag suatu gaya”. Gaya dinamakan gaya Lore magnet disekelilingny pada suatu medan ma diperlihatkan pada Ga

Gambar 2.3 Penga Kuat medan m mengalir dalam kondukt





rja Motor Arus Searah

us searah mempunyai prinsip kerja berdasar atakan : “jika sebatang penghantar listrik yang agnet maka pada kawat penghantar tersebut a yang terbentuk merupakan gaya mekani orentz. Sebuah konduktor yang dialiri arus mem

nya. Pada saat konduktor yang dialiri arus list agnet, maka konduktor akan mengalami gaya Gambar 2.3 berikut :

(a) (b)

(c)

ngaruh penempatan konduktor berarus dalam m

n magnet yang timbul tergantung pada besa konduktor, seperti ditunjukkan oleh persamaan (2.1

H =



I N

...( sarkan percobaan

ng berarus berada but akan terbentuk kanik yang sering empunyai medan listrik ditempatkan ya mekanik seperti

medan magnet

sarnya arus yang n (2.1) berikut ini :





Dimana :

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

I = arus yang mengalir pada penghantar (Ampere)

 _{= panjang dari penghantar (meter)}

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 inilah yang menjadi dasar dari prinsip kerja sebuah motor arus searah.

jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar.

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) :

 . I . B . Z

F ...………...……(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) :

r . F

T_a  ...………...…(2.4) Jika persamaan (2.3) disubstitusikan ke persamaan (2.4), maka akan menghasilkan persamaan (2.5) :

r . . I . B . Z

U

S

O _M

Bidang Netral Magnetis

Sikat

F

Dimana :

a

T = torsi jangkar (Newton-meter) r = jari-jari rotor (meter)

Apabila torsistartlebih 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 :

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

 Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.  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 (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 OFMmewakili 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 :

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 OFAyang 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 fluksi jangkar yang dapat dilihat dari Gambar 2.7 berikut ini :

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 OFAdan OFM, serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh  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.

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

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 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 2.8. Pada Gambar 2.8(a) diperlihatkan kondisi ketika bidang netral mesin bergeser dan sikat mesin masih tetap pada posisi semula. Ggm resultan yang terbentuk dapat dilihat pada Gambar 2.8(c). Sedangkan pada Gambar 2.8(b) terlihat bidang netral mesin yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat

mesin. Akibat pergeseran tersebut, ggm resultannya melemah sedemikian rupa. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.8(d).

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 2.8 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 2.9.Interpoleini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari interpole ini akan dapat mencegah atau mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi.

Ketika beban meningkat, besarnya pe tersebut akan menyeba sedang melakukan kom menghasilkan tegang dengan tegangan yang

Gambar 2.9 M 2.5.3 Belitan Komp

Belitan kompe ini bertujuan untuk m Fluks yang ditimbul ditimbulkan oleh belit beban berubah, maka fluks belitan kompensa

ban yang dipikul motor meningkat dan arus a perubahan atau pergeseran bidang netral meni yebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-n komutasi. Pada saat itu fluks interpole jug

angan pada konduktor-konduktor tersebut da ang timbul akibat pergeseran bidang netral.

Motor arus searah yang dilengkapi dengan kut

mpensasi (Compensating Windings)

pensasi ini dihubungkan seri terhadap kumpar uk mengurangi penyimpangan yang timbul akibat

bulkan oleh reaksi jangkar diimbangi ole belitan kompensasi yang besarnya sama dan berl

aka reaksi jangkar yang berubah akan selalu pensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser

rus jangkar juga eningkat pula. Hal or-konduktor yang juga meningkat, dan berlawanan

kutub bantu

paran rotor, belitan bat reaksi jangkar. oleh fluks yang berlawanan. Ketika lu diimbangi oleh ser.

Teknik ini memiliki kelemahan yaitu harganya mahal, dan juga masih memerlukan interpole untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan 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 2.10 di bawah ini :

Berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan, dari Gambar 2.10 diperoleh persamaan tegangan terminal motor seperti persamaan (2.6) :

Vt = Ea+ Ia.Ra+ Vsikat…..………...(2.6)

Dari Gambar 2.10 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 Vsikatini 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 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 2.11 di bawah ini :

Gambar 2.11 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. Motor arus searah penguatan seri mempunyai torsi awal yang sangat tinggi sehingga dapat memutar beban yang sangat berat disaat awal. Bila beban dinaikkan maka arus akan naik akan tetapi putaran akan turun. Sebaliknya bila beban diturunkan maka putaran akan naik dan bila beban diturunkan secara terus menerus sampai dalam keadaan nol maka arus penguat motor akan menjadi nol maka putaran akan naik dengan kecepatan tidak terkendali dan ini dapat

membahayakan. Oleh karena itu, disarankan hindari pengoperasian motor arus searah penguatan seri dalam keadaan tanpa beban.

Dari Gambar 2.11 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 :

Is = arus kumparan medan seri (Ampere) Rs = tahanan medan seri (Ohm)

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 2.12 di bawah ini :

Pada motor arus searah penguatan shunt, kumparan medan dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan kumparan jangkar. Motor arus searah penguatan shunt mempunyai pengaturan kecepatan yang baik dan digolongkan sebagai motor kecepatan konstan walaupun kecepatannya agak bekurang sedikit dengan bertambahnya beban.

Dari Gambar 2.12 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

V

……….………(2.11)

IL = Ia+ Ish ………...(2.12) Dimana :

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

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, sehingga mempunyai sifat diantara keduanya tergantung mana yang kuat lilitannya (kumparan seri atau shuntnya). Terdapat dua jenis motor arus searah penguatan kompon yang umum dijumpai, yaitu : motor arus searah penguatan kompon pendek dan motor arus searah penguatan kompon panjang.

Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek ditunjukkan oleh Gambar 2.13 di bawah ini :

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek Dari Gambar 2.13 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) :

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

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang ditunjukkan oleh Gambar 2.14 di bawah ini:

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang Dari Gambar 2.14 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)

sh

I =

sh t R

V

………..………(2.18)

2.7 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Pada Motor Arus Searah

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 Z

. 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)



= fluksi setiap kutub (Weber)

P = jumlah kutub

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

2.8 Rugi-rugi Pada Motor Arus Searah

Motor arus searah menerima daya masukan berupa energi listrik dan menghasilkan daya keluaran berupa energi mekanis. Akan tetapi, tidak seluruh

daya masukan ke motor diubah menjadi daya keluaran yang berguna, selalu ada energi yang hilang selama proses pengkonversian energi tersebut. Energi yang hilang tersebut ada yang dikonversikan menjadi panas dan ada yang diserap oleh mesin untuk mengatasi gesekan karena adanya bagian yang berputar di dalam mesin. Rugi-rugi daya dalam bentuk panas ini jika nilainya terlalu besar akan dapat menyebabkan kenaikan temperatur motor yang dapat merusak isolasi dan mempercepat berkurangnya umur ekonomis motor sehingga membatasi daya keluaran motor. Berikut ini proses pengkonversian energi pada motor arus searah dalam diagram aliran daya dapat dilihat pada Gambar 2.15 berikut ini:

Gambar 2.15 Diagram aliran daya pada motor arus searah

Dengan demikian selalu ada selisih antara daya masukan dan daya keluaran motor. Ini merupakan rugi-rugi daya yang terjadi di dalam motor. Dalam persamaan dinyatakan dengan :

ΣRugi-Rugi = Daya Masukan–Daya Keluaran...(2.21)

Akhirnya, rugi-rugi di dalam motor arus searah didefinisikan sebagai selisih daya antara daya masukan yang diterima motor dengan daya keluaran yang

dapat dihasilkannya dimana selisih daya tersebut berubah menjadi bentuk energi yang lain yang tidak dapat digunakan bahkan dapat merugikan bagi motor itu sendiri.

Rugi-rugi daya yang terjadi pada motor arus searah dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Rugi-rugi tembaga (copper losses) 2. Rugi-rugi inti (core or iron losses) 3. Rugi-rugi sikat (brush losses)

4. Rugi-rugi mekanis (mechanical losses) 5. Rugi-rugi beban stray (stray load losses)

2.8.1 Rugi-rugi Tembaga(copper losses)

Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi daya yang terjadi di dalam kumparan medan dan kumparan jangkar motor. Karena kawat tembaga kedua kumparan tersebut memiliki nilai resistansi Rfdan Ra, maka jika mengalir arus DC sebesar If dan Iaakan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :

Rugi-rugi jangkar : Pa = Ia2Ra...(2.22) Rugi-rugi medan : Pf = If2Rf...(2.23) Di mana :

Pa = Rugi-rugi jangkar (Watt) Pf = Rugi-rugi medan (Watt) Ia = Arus jangkar (A)

If = Arus Medan (A)

dianggap sebagai rugi-rugi di dalam inti jangkar dan disebut sebagai rugi hysteresis. Untuk menentukan besarnya rugi hysteresis di dalam inti jangkar digunakan persamaan Steinmentz yaitu :

Ph=ηB1_max,6 fV Watt………...…...(2.24)

Dimana : Ph = rugi hysteresis

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

=

120 P n

dimana n dalam rpm dan P = jumlah kutub

V = volume jangkar dalam m3 η = koefisien hysteresis Steinmentz

2). Rugi Arus Pusar

Sebagai tambahan terhadap tegangan yang diinduksikan di dalam konduktor jangkar, ada juga tegangan yang diinduksikan di dalam inti jangkar. Tegangan ini menghasilkan arus yang bersirkulasi di dalam inti jangkar seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.17. Ini disebut sebagai arus pusar (eddy current) dan daya yang hilang karena alirannya disebut dengan rugi arus pusar.

Rugi arus pusar berlaku sebagai panas yang dapat menaikkan temperatur motor dan menurunkan efisiensinya. Jika suatu inti besi padat digunakan sebagai inti jangkar, resistansi terhadap arus pusar ini akan menjadi kecil karena lebarnya luas penampang inti. Akibatnya, nilai arus pusar dan juga rugi arus pusarnya akan menjadi besar. Besarnya nilai arus pusar dapat dikurangi dengan membuat resistansi inti sebesar mungkin secara praktisnya.

komutator. Karena adanya suatu nilai koefisien gesek antara permukaan bagian-bagian tersebut, walaupun kecil, diperlukan gaya untuk mengimbangi gaya lawan akibat koefisien gesek tersebut jika ingin menggerakkan rotor motor arus searah tersebut.

Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing) motor. Baik itu pergesekan antara permukaan rotor dengan udara pada celah udara di dalam motor ataupun gesekan udara dengan kipas pendingin yang dipasangkan pada rotor di dalam motor. Rugi-rugi angin ini bervariasi tergantung pada kecepatan rotasi motor tersebut.

2.8.5 Rugi-rugi Beban Stray(stray load losses)

Rugi-rugi beban stray merupakan rugi-rugi yang disebabkan oleh arus pusar di dalam tembaga dan rugi-rugi inti tambahan di dalam besi, yang timbul karena pendistorsian fluks magnetik oleh arus beban (tidak termasuk yang disebabkan oleh jatuh tegangan IR) dan rugi-rugi hubung singkat komutasi.

Rugi-rugi beban stray ini tidak dapat dikategorikan ke dalam tipe rugi-rugi yang disebutkan di atas. Di dalam perhitungan rugi-rugi motorarus searah, besarnya rugi-rugi beban stray dinyatakan sebesar ± 1% dari beban penuh.

Rugi-rugi di dalam motor arus searah di atas juga dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu :

1. Rugi-rugi Konstan 2. Rugi-rugi Variabel

1. Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi di dalam motor arus searah yang nilainya selalu tetap, tidak tergantung pada arus pembebanan. Rugi–rugi inti + mekanis disebut dengan rugi–rugi rotasi.Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi konstan adalah :

a. Rugi-rugi inti yaitu rugi-rugi hysteresis dan arus pusar b. Rugi-rugi mekanis yaitu rugi-rugi gesek dan angin c. Rugi-rugi tembaga medan shunt.

2. Rugi-rugi variabel yaitu rugi-rugi di dalam motorarus searah yang nilainya bervariasi terhadap arus pembebanan.Yang termasuk ke dalam kelompok rugi-rugi ini adalah :

a. Rugi-rugi tembaga kumparan jangkar (Ia2Ra) b. Rugi-rugi tembaga kumparan medan seri (Ia2Rse) c. Rugi jatuh tegangan sikat (VbdIa)

Sehingga rugi-rugi total di dalam motor arus searah adalah :

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 20 Februari 2014 pukul 15.00 s/d 18.00 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.

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 seri, motor DC shunt, dan kutub bantu. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi:

1) Memastikan bahwa motor DC seri dan shunt dapat beroperasi dan melakukan penambahan kutub bantu pada motor.

2) Memeriksa Power Supply dan Multimeter apakah sudah disetting 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 yang meliputi arus dan putaran terhadap arus medan.

3.4 Analisa Data

Analisa 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 rugi-rugi motor arus searah penguatan seri dan shunt.

 Dari Hasil Pengujian Pada Kondisi Tanpa Beban Daya masukan motor pada kondisi tanpa beban adalah :

(Pin)o = Vtx IL

Pada kondisi tanpa beban, seluruh daya masukan pada motor digunakan untuk melayani rugi-rugi daya yang terdiri dari :

 Rugi-rugi tembaga yaitu rugi-rugi tembaga pada kumparan jangkar, pada kumparan medan seri, dan pada kumparan medan shunt.

 Rugi-rugi tembaga pada motor arus searah penguatan seri : (Pcu-total)o = Ia2( Ra+ Rs)

 Rugi-rugi tembaga pada motor arus searah penguatan shunt : (Pcu-total)o = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh

 Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi besi serta rugi-rugi gesekan dan angin : Pkonstan = (Pin)o–(Pcu-total)o

 Dari Hasil Pengujian Pada Kondisi Berbeban

Daya masukan motor pada kondisi berbeban adalah : Pin = Vtx IL

Pada kondisi berbeban, daya masukan motor digunakan untuk melayani beban dan juga rugi-rugi daya. Rugi-rugi daya pada saat motor dibebani adalah :  Rugi-rugi tembaga pada motor arus searah penguatan seri :

Pcu-total = Ia2( Ra+ Rs)

 Rugi-rugi tembaga pada motor arus searah penguatan shunt : Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh

 Rugi-rugi total pada motor :

ΣRugi-Rugi = Pcu-total+ Pkonstan

Sehingga daya keluaran motor yang digunakan untuk melayani beban adalah : Pout = Pin– ΣRugi-Rugi

3.5 Peralatan Yang Digunakan

Penelitian mengenai pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah penguatan seri dan shunt untuk memperkecil rugi-rugi ini dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU. Peralatan-peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. 1 unit Motor Arus Searah AEG 1,2 KW 2. 1 unit Generator Arus Searah AEG 2 KW

3. Power Supply yang terdiri dari 2 unit PTDC 4. 2 unit Tahanan Geser

5. 2 buah Voltmeter 6. 6 buah Amperemeter 7. 1 buah Tachometer 8. Kabel Penghubung

3.6 Rangkaian Pengujian

3.6.1 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Seri Pada Kondisi Tanpa Beban

a. Untuk motor DC penguatan seri tanpa kutub bantu

Gambar 3.1 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi tanpa beban dan tanpa kutub bantu

b. Untuk motor DC penguatan seri dengan kutub bantu

Gambar 3.2 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi tanpa beban dengan kutub bantu

3.6.2 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Seri Pada Kondisi Berbeban

a. Untuk motor DC penguatan seri tanpa kutub bantu

Gambar 3.3 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi berbeban tanpa kutub bantu

b. Untuk motor DC penguatan seri dengan kutub bantu

Gambar 3.4 Rangkaian pengujian motor DC penguatan seri pada kondisi berbeban dengan kutub bantu

3.6.3 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban

a. Untuk motor DC penguatan shunt tanpa kutub bantu

Gambar 3.5 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi tanpa beban dan tanpa kutub bantu

b. Untuk motor DC penguatan shunt dengan kutub bantu

Gambar 3.6 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi tanpa beban dengan kutub bantu

3.6.4 Rangkaian Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Pada Kondisi Berbeban

a. Untuk motor DC penguatan shunt tanpa kutub bantu

Gambar 3.7 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi berbeban tanpa kutub bantu

b. Untuk motor DC penguatan shunt dengan kutub bantu

Gambar 3.8 Rangkaian pengujian motor DC penguatan shunt pada kondisi berbeban dengan kutub bantu

3.7 Prosedur Pengujian

3.7.1 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Seri Dan Shunt Pada Kondisi Tanpa Beban

1. Untuk pengujian motor DC penguatan seri dan shunt tanpa kutub bantu, rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.1 dan 3.5, sedangkan untuk pengujian motor DC penguatan seri dan shunt dengan kutub bantu, rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.2 dan 3.6.

2. Saklar S1 ditutup, kemudian tegangan terminal motor dinaikkan secara perlahan dengan menaikkan PTDC sampai pembacaan V1 mencapai nilai tegangan 65 Volt sehingga motor berputar.

3. Pada saat itu dicatat nilai ILpada pembacaan A1, Ishpada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3serta n pada pembacaan tachometer.

4. Setelah itu tegangan terminal motor diturunkan dengan menurunkan PTDC sampai minimum sehingga motor berhenti berputar.

5. Kemudian saklar S1 dibuka, percobaan selesai.

3.7.2 Prosedur Pengujian Motor DC Penguatan Seri Dan Shunt Pada Kondisi Berbeban

1. Untuk pengujian motor DC penguatan seri dan shunt tanpa kutub bantu, rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.3 dan 3.7, sedangkan untuk pengujian motor DC penguatan seri dan shunt dengan kutub bantu, rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.4 dan 3.8.

2. Saklar S2 ditutup, kemudian arus medan (If) generator dinaikkan dengan menaikkan PTDC 2 sampai pembacaan A4 mencapai arus medan nominal generator yaitu 0,4 Ampere.

3. Saklar S1 ditutup, kemudian tegangan terminal motor dinaikkan secara perlahan dengan menaikkan PTDC 1 sampai pembacaan V1mencapai nilai tegangan 65 Volt sehingga motor berputar.

4. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari 100 ; 90 ; 80 ; 70 ; 60 ; 50 (Ohm), kemudian dicatat nilai IL pada pembacaan A1, Ish pada pembacaan A2, Ia pada pembacaan A3, tegangan keluaran generator (Eg) pada pembacaan V2 dan n pada pembacaan tachometer pada setiap penambahan beban.

5. Setelah itu arus medan (If) generator diturunkan dengan menurunkan PTDC 2 sampai minimum.

6. Kemudian tegangan terminal motor diturunkan dengan menurunkan PTDC 1 hingga posisi nol.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Umum

Pada saat motor arus searah dibebani maka pada kumparan jangkar akan mengalir arus jangkar. Arus ini akan menimbulkan fluksi jangkar yang akan berinteraksi dengan fluksi yang akan dihasilkan kuparan medan motor. Akibatnya akan terjadi perubahan bentuk gelombang fluksi utama. Pengaruh reaksi jangkar akan menyebabkan terjadinya percikan bunga api pada sikat-sikat motor. Hal ini akan mempengaruhi kinerja dari motor arus searah tersebut.

Untuk mengatasi masalah ini, maka salah satu caranya adalah dengan menambahkan kutub bantu pada motor arus searah. Pada tulisan ini akan dibahas pengaruh penambahan kutub bantu pada motor arus searah untuk memperkecil rugi-rugi.

Pada percobaan ini, akan dilakukan pengukuran terhadap arus jangkar dan putaran motor pada motor dalam kondisi tanpa beban dan berbeban. Dalam kondisi berbeban, beban diberikan dengan mengatur tahanan geser untuk masing-masing motor arus searah tanpa kutub bantu dan dengan kutub bantu. Sehingga akan dapat di hitung daya input, rugi-rugi daya dan daya output untuk masing-masing motor arus searah tanpa kutub bantu dan dengan kutub bantu.

4.2 Hasil Penelitian

Penelitian dilakukan pada tanggal 20 Februari 2014 di Laboratorium Konversi Energi Listrik, diperoleh data pengujian sebagai berikut :

Tabel 4.1Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Tanpa Beban Dan Tanpa Kutub Bantu

V _{= 65 Volt}

(volt) (ampere) (rpm)

65 3,45 2450

Tabel 4.2Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Tanpa Beban Dan Berkutub Bantu

V _{= 65 Volt}

(volt) (ampere) (rpm)

65 2,05 1800

Tabel 4.3Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Berbeban Dan Tanpa Kutub Bantu

V _{= 65 Volt = 0,4 Ampere}

(ohm) (ampere) (rpm)

100 6,05 1070

90 6,10 1050

80 6,34 1000

70 6,56 960

60 6,77 920

Tabel 4.4Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Seri Berbeban Dan Berkutub Bantu

V _{= 65 Volt = 0,4 Ampere}

(ohm) (ampere) (rpm)

100 4,74 650

90 4,79 620

80 4,90 550

70 5,09 510

60 5,16 470

50 5,55 440

Tabel 4.5Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Tanpa Beban Dan Tanpa Kutub Bantu

V _{= 65 Volt}

(ampere) (ampere) (ampere) (rpm)

3,30 0,05 3,25 1500

Tabel 4.6Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Tanpa Beban Dan Berkutub Bantu

V _{= 65 Volt}

(ampere) (ampere) (ampere) (rpm)

Tabel 4.7Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Berbeban Dan Tanpa Kutub Bantu

V _{= 65 Volt = 0,4 Ampere}

(ohm) (ampere) (ampere) (ampere) (rpm)

100 4,96 0,05 4,91 1000

90 5,28 0,05 5,23 980

80 5,38 0,05 5,33 960

70 5,58 0,05 5,53 940

60 5,89 0,05 5,84 860

50 6,30 0,05 6,25 800

Tabel 4.8Data Hasil Pengujian Motor DC Penguatan Shunt Berbeban Dan Berkutub Bantu

V _{= 65 Volt = 0,4 Ampere}

(ohm) (ampere) (ampere) (ampere) (rpm)

100 3,51 0,05 3,46 690

90 3,84 0,05 3,79 670

80 3,87 0,05 3,82 650

70 3,92 0,05 3,87 630

60 3,98 0,05 3,93 600

50 4,19 0,05 4,14 550

4.3 Analisa Data

Berdasarkan data-data yang diperoleh dari hasil pengujian pada kondisi tanpa beban dan kondisi berbeban, maka dilakukan perhitungan untuk mendapatkan daya input, rugi-rugi daya dan daya output motor arus searah

penguatan seri dan motor arus searah penguatan shunt pada kondisi tanpa kutub bantu dan berkutub bantu.

= 0.40 Ampere Tahanan Jangkar GA-HB = 3.80 V = 65 Volt Tahanan Medan Shunt (J-K) = 1,25 k

Tahanan Kutub Bantu (Rkb) = 2 Tahanan Seri E-F = 0.60

a. Untuk Motor DC Penguatan Seri 1) Tanpa Kutub Bantu

 Pada Kondisi Tanpa Beban (Pin)o = Vtx IL

= 65 x 3,45 (Pin)o = 224, 250 Watt

(Pcu-total)o = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (3,45)2x (3,8 + 0,6) (Pcu-total)o = 52,371 Watt

Pkonstan = (Pin)o–(Pcu-total)o = 224,25–52,371 Pkonstan = 171,879 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 52,371 + 171,879 = 224,250 Watt

 Pada Kondisi Berbeban

1. Pada Saat Beban (RL) = 100 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,05 Pin = 393,250 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,05)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 161,051 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 161,051 + 171,879 = 332,930 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 393,250 –332,930 Pout = 60,320 Watt

2. Pada Saat Beban (RL) = 90 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,10 Pin = 396,50 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,10)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 163,724 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 163,724 + 171,879 = 335,603 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 396,50 –335,603 Pout = 60,897 Watt

3. Pada Saat Beban (RL) = 80 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,34 Pin = 412,10 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,34)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 176,860 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 176,860 + 171,879 = 348,739 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 412,10 –348,739 Pout = 63,361 Watt

4. Pada Saat Beban (RL) = 70 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,56 Pin = 426,40 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,56)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 189,347 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 189,347 + 171,879 = 361,226 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 426,40 –361,226 Pout = 65,174 Watt

5. Pada Saat Beban (RL) = 60 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,77 Pin = 440,050 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,77)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 201,664 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 201,664 + 171,879 = 373,543 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 440,050 –373,543 Pout = 66,507 Watt

6. Pada Saat Beban (RL) = 50 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,96 Pin = 452,40 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs) = (6,96)2x (3,8 + 0,6) Pcu-total = 213,143 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 213,143 + 171,879 = 385,022 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 452,40 –385,022 Pout = 67,378 Watt

2) Dengan Kutub Bantu

 Pada Kondisi Tanpa Beban (Pin)o = Vtx IL

= 65 x 2,05 (Pin)o = 133,250 Watt

(Pcu-total)o = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (2,05)2x (3,8 + 0,6 + 2) (Pcu-total)o = 26,896 Watt

Pkonstan = (Pin)o–(Pcu-total)o = 133,25–26,896 Pkonstan = 106,354 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 26,896 + 106,354 = 133,250 Watt

 Pada Kondisi Berbeban

1. Pada Saat Beban (RL) = 100 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 4,74 Pin = 308,10 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (4,74)2x (3,8 + 0,6 + 2)

Pcu-total = 143,792 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 143,792 + 106,354 = 250,146 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 308,10 –250,146 Pout = 57,954 Watt

2. Pada Saat Beban (RL) = 90 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 4,79 Pin = 311,350 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (4,79)2x (3,8 + 0,6 + 2) Pcu-total = 146,842 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 146,842 + 106,354 = 253,196 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 311,350 –253,196 Pout = 58,154 Watt

3. Pada Saat Beban (RL) = 80 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 4,90 Pin = 318,50 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (4,90)2x (3,8 + 0,6 + 2) Pcu-total = 153,664 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 153,664 + 106,354 = 260,018 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 318,50 –260,018 Pout = 58,482 Watt

4. Pada Saat Beban (RL) = 70 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,09 Pin = 330,850 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (5,09)2x (3,8 + 0,6 + 2) Pcu-total = 165,811 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 165,811 + 106,354 = 272,165 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 330,850 –272,165 Pout = 58,685 Watt

5. Pada Saat Beban (RL) = 60 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,16 Pin = 335,40 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (5,16)2x (3,8 + 0,6 + 2) Pcu-total = 170,403 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 170,403 + 106,354 = 276,757 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 335,40 –276,757 Pout = 58,643 Watt

6. Pada Saat Beban (RL) = 50 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,55 Pin = 360,750 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x (Ra+ Rs+ Rkb) = (5,55)2x (3,8 + 0,6 + 2) Pcu-total = 197,136 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 197,136 + 106,354 = 303,490 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 360,750 –303,490 Pout = 57,260 Watt

Dari hasil analisis data yang diperoleh daya input, rugi-rugi daya dan daya output motor DC penguatan seri dapat dilihat pada Tabel 4.9 dan Tabel 4.10 berikut :

Tabel 4.9 Hasil analisis data pengujian motor DC penguatan seri tanpa kutub bantu

(ohm) (A) (rpm) Pin(W) Σ

Rugi-Rugi

(W) Pout(W)

100 6,05 1070 393,250 332,930 60,320

90 6,10 1050 396,50 335,603 60,897

80 6,34 1000 412,10 348,739 63,361

70 6,56 960 426,40 361,226 65,174

60 6,77 920 440,050 373,543 66,507

50 6,96 850 452,40 385,022 67,378

Tabel 4.10 Hasil analisis data pengujian motor DC penguatan seri dengan kutub bantu

(ohm) (A) (rpm) Pin(W) Σ

Rugi-Rugi

(W) Pout(W)

100 4,74 650 308,10 250,146 57,954

90 4,79 620 311,350 253,196 58,154

80 4,90 550 318,50 260,018 58,482

70 5,09 510 330,850 272,165 58,685

60 5,16 470 335,40 276,757 58,643

b. Untuk Motor DC Penguatan Shunt 1) Tanpa Kutub Bantu

 Pada Kondisi Tanpa Beban (Pin)o = Vtx IL

= 65 x 3,30 (Pin)o = 214,50 Watt

(Pcu-total)o = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (3,25)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 40,137 + 3,125

(Pcu-total)o = 43,262 Watt

Pkonstan = (Pin)o–(Pcu-total)o = 214,50–43,262 Pkonstan = 171,238 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 43,262 + 171,238 = 214,50 Watt

 Pada Kondisi Berbeban

1. Pada Saat Beban (RL) = 100 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 4,96 Pin = 322,40 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (4,91)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 91,610 + 3,125

Pcu-total = 94,735 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 94,735 + 171,238 = 265,973 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 322,40 –265,937 Pout = 56,427 Watt

2. Pada Saat Beban (RL) = 90 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,28 Pin = 343,20 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (5,23)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 103,941 + 3,125

Pcu-total = 107,066 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 107,066 + 171,238 = 278,304 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 343,20 –278,304 Pout = 64,896 Watt

3. Pada Saat Beban (RL) = 80 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,38 Pin = 349,70 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (5,33)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 107,953 + 3,125

Pcu-total = 111,078 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 111,078 + 171,238 = 282,316 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 349,70 –282,316 Pout = 67,384 Watt

4. Pada Saat Beban (RL) = 70 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,58 Pin = 362,70 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (5,53)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 116,207 + 3,125

Pcu-total = 119,332 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 119,332 + 171,238 = 290,570 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 362,70 –290,570 Pout = 72,130 Watt

5. Pada Saat Beban (RL) = 60 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 5,89 Pin = 382,85 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (5,84)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 129,601 + 3,125

Pcu-total = 132,726 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 132,726 + 171,238 = 303,964 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 382,85 –303,964 Pout = 78,886 Watt

6. Pada Saat Beban (RL) = 50 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 6,30 Pin = 409,50 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh = (6,25)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 = 148,437 + 3,125

Pcu-total = 145,312 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 145,437 + 171,238 = 316,675 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 409,50 –316,675 Pout = 92,825 Watt

2) Dengan Kutub Bantu

 Pada Kondisi Tanpa Beban (Pin)o = Vtx IL

(Pin)o = 123,50 Watt

(Pcu-total)o = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (1,85)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (1,85)2x 2 = 13,005 + 3,125 + 6,845

(Pcu-total)o = 22,975 Watt

Pkonstan = (Pin)o–(Pcu-total)o = 123,50–22,975 Pkonstan = 100,525 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 22,975 + 100,525 = 123,50 Watt

 Pada Kondisi Berbeban

1. Pada Saat Beban (RL) = 100 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 3,51 Pin = 228,150 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (3,46)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (3,46)2x 2 = 45,492 + 3,125 + 23,943

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 72,560 + 100,525 = 173,085 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 228,150 –173,085 Pout = 55,065 Watt

2. Pada Saat Beban (RL) = 90 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 3,84 Pin = 249,60 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (3,79)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (3,79)2x 2 = 54,583 + 3,125 + 28,728

Pcu-total = 86,436 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 86,436 + 100,525 = 186,961 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 249,60 –186,961 Pout = 62,639 Watt

3. Pada Saat Beban (RL) = 80 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 3,87 Pin = 251,550 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (3,82)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (3,82)2x 2 = 55,451 + 3,125 + 29,184

Pcu-total = 87,760 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 87,760 + 100,525 = 188,285 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 251,550 –188,285 Pout = 63,265 Watt

4. Pada Saat Beban (RL) = 70 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 3,92 Pin = 254,80 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (3,87)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (3,87)2x 2 = 56,912 + 3,125 + 29,953

Pcu-total = 89,990 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 89,990 + 100,525 = 190,515 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 254,80 –190,515 Pout = 64,285 Watt

5. Pada Saat Beban (RL) = 60 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 3,98 Pin = 258,70 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (3,93)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (3,93)2x 2 = 58,690 + 3,125 + 30,889

Pcu-total = 92,704 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 92,704 + 100,525 = 193,229 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 258,70 –193,229 Pout = 65,471 Watt

6. Pada Saat Beban (RL) = 50 Ohm Pin = Vtx IL

= 65 x 4,19 Pin = 272,350 Watt

Pcu-total = ( Ia)2x Ra+ ( Ish)2x Rsh+ ( Ia)2x Rkb = (4,14)2x 3,8 + (0,05)2x 1250 + (4,14)2x 2 = 65,130 + 3,125 + 34,279

Pcu-total = 102,534 Watt

ΣRugi-Rugi = Pcu-total + Pkonstan

= 102,534 + 100,525 = 203,059 Watt

Pout = Pin– ΣRugi-Rugi = 272,350 –203,059 Pout = 69,291 Watt

Dari hasil analisis data yang diperoleh daya input, rugi-rugi daya dan daya output motor DC penguatan shunt dapat dilihat pada Tabel 4.11 dan Tabel 4.12 berikut :

Tabel 4.11 Hasil analisis data pengujian motor DC penguatan shunt tanpa kutub bantu

(ohm) (A) (A) (A) (rpm) Pin(W)

Σ

Rugi-Rugi (W)

Pout (W)

100 4,96 0,05 4,91 1000 322,40 265,973 56,427

90 5,28 0,05 5,23 980 343,20 278,304 64,896

80 5,38 0,05 5,33 960 349,70 282,316 67,384

70 5,58 0,05 5,53 940 362,70 290,570 72,130

60 5,89 0,05 5,84 860 382,85 303,964 78,886

50 6,30 0,05 6,25 800 409,50 316,675 92,825

Tabel 4.12 Hasil analisis data pengujian motor DC penguatan shunt dengan kutub bantu

(ohm) (A) (A) (A) (rpm) Pin(W)

Σ

Rugi-Rugi (W)

Pout(W)

100 3,51 0,05 3,46 690 228,150 173,085 55,065

90 3,84 0,05 3,79 670 249,60 186,961 62,639

80 3,87 0,05 3,82 650 251,550 188,285 63,265

70 3,92 0,05 3,87 630 254,80 190,515 64,285

60 3,98 0,05 3,93 600 258,70 193,229 65,471

452.4 _440.05

426.4 _412.1

396.5 393.25 360.75

335.4 330.85 _{318.5 311.35}

308.1 0 100 200 300 400 500

50 60 70 80 90 100

P

in

(

W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pin

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 385.022 _373.543 361.226 _348.739 335.603 332.93 303.49

276.757 272.165 _260.018

253.196 250.146 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

50 60 70 80 90 100

R

u

g

i-R

u

g

i

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs

Rugi-Rugi

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

67.378 66.507 65.174 63.361 60.897 _60.32 57.26

58.643 58.685 58.482 _{58.154 57.954}

52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

50 60 70 80 90 100

P

o

u

t

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pout

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 409.5 382.85 362.7 _349.7 343.2 322.4 272.35 _{258.7 254.8}

251.55 249.6 228.15 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

50 60 70 80 90 100

P

in

(

W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pin

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

316.675

303.964 _290.57

282.316 278.304 _265.973

203.059 _{193.229 190.515}

188.285 186.961 173.085 0 50 100 150 200 250 300 350

50 60 70 80 90 100

R

u

g

i-R

u

g

i

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs

Rugi-Rugi

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 92.825 78.886 72.13 67.384 _64.896 56.427 69.291 _65.471

64.285 63.265 62.639

55.065 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50 60 70 80 90 100

P

o

u

t

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pout

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan uraian dan penelitian yang dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, putaran motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 440 rpm dan 550 rpm dibandingkan putaran motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 850 rpm dan 800 rpm.

2. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, arus jangkar yang mengalir pada motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 5,55 A dan 4,14 A dibandingkan arus jangkar yang mengalir pada motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 6,96 A dan 6,25 A.

3. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, daya input motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 360,750 W dan 272,350 W dibandingkan daya input motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 452,40 W dan 409,50 W.

4. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, rugi-rugi total motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 303,490 W dan 203,059 W dibandingkan rugi-rugi total motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 385,022 W dan 316,675 W.

452.4 _440.05

426.4 _412.1

396.5 393.25 360.75

335.4 330.85 _{318.5 311.35}

308.1 0 100 200 300 400 500

50 60 70 80 90 100

P

in

(

W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pin

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 385.022 _373.543 361.226 _348.739 335.603 332.93 303.49

276.757 272.165 _260.018

253.196 250.146 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

50 60 70 80 90 100

R

u

g

i-R

u

g

i

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs

Rugi-Rugi

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

67.378 66.507 65.174 63.361 60.897 _60.32 57.26

58.643 58.685 58.482 _{58.154 57.954}

52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

50 60 70 80 90 100

P

o

u

t

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pout

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 409.5 382.85 362.7 _349.7 343.2 322.4 272.35 _{258.7 254.8}

251.55 249.6 228.15 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

50 60 70 80 90 100

P

in

(

W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs Pin

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

316.675

303.964 _290.57

282.316 278.304 _265.973 203.059 _{193.229 190.515}

188.285 186.961 173.085 0 50 100 150 200 250 300 350

50 60 70 80 90 100

R

u

g

i-R

u

g

i

(W

a

tt

)

RL (Ohm)

Grafik RL Vs

Rugi-Rugi

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu 92.825 78.886 72.13 67.384 _64.896 56.427 69.291 _65.471

64.285 63.265 62.639

55.065 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

50 60 70 80 90 100

P

o

u

t

(W

a

tt

)

Grafik RL Vs Pout

Tanpa Kutub Bantu Dengan Kutub Bantu

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan uraian dan penelitian yang dilakukan, maka dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, putaran motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 440 rpm dan 550 rpm dibandingkan putaran motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 850 rpm dan 800 rpm.

2. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, arus jangkar yang mengalir pada motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 5,55 A dan 4,14 A dibandingkan arus jangkar yang mengalir pada motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 6,96 A dan 6,25 A.

3. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, daya input motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 360,750 W dan 272,350 W dibandingkan daya input motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 452,40 W dan 409,50 W.

4. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, rugi-rugi total motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 303,490 W dan 203,059 W dibandingkan rugi-rugi total

5. Pada saat motor DC penguatan seri dan shunt diberi beban sebesar 50 ohm, daya output motor yang menggunakan kutub bantu lebih kecil yaitu sebesar 57,260 W dan 69,291 W dibandingkan daya output motor tanpa kutub bantu yaitu sebesar 67,378 W dan 92,825 W.

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang bisa diberikan dari hasil tugas akhir ini adalah:

1. Dalam melakukan pengujian di laboratorium hendaknya dilakukan beberapa kali percobaan, agar data yang diperoleh lebih akurat.

2. Disarankan agar melakukan penelitian pada jenis motor DC yang lain dan membandingkannya.

DAFTAR PUSTAKA

1. Lister, Eugene C, Mesin dan Rangkaian Listrik, Edisi ke-6, Penerbit Erlangga, Jakarta : 1986

2. Mehta , V.K. and Rohit Mehta, Principles of Electrical Enginering And Electronics, S. Chand & Company Ltd, New Delhi : 2000

3. Rijono, Yon,Dasar Teknik Tenaga Listrik, Andi Offset, Yogyakarta : 1997

4. Sumanto,Mesin Arus Searah, Andi Offset, Yogyakarta : 1991

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

6. Wijaya, Mochtar,Dasar-Dasar Mesin Listrik, Djambatan, Jakarta : 2001

7. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta : 2000

8. Hardiansyah, Rizky. 2013. Analisis Perbandingan Pengaruh Posisi Sikat Terhadap Efisiensi Dan Torsi Motor DC Penguatan Kompon Panjang Dengan Motor DC Penguatan Kompon Pendek.Medan : Departermen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.