23
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan untuk melakukan penelitian ini adalah data spesifikasi Motor DC. Peralatan yang akan digunakan untuk penelitian start Motor
DC Shunt dan Motor DC Seri dengan thyristor controller sesuai dengan respon arus start adalah program PSIM ver 9.0.
3.2 Variabel yang Diamati
Variabel yang diamati dalam penelitian ini adalah : Arus start motor
Kecepatan motor
3.5 Prosedur Penelitian
a. Penulis akan merancang simulasi yang menyerupai percobaan Motor DC
dengan menggunakan data motor DC yang didapat sebagai parameter dalam simulasi dengan bantuan program komputer yaitu PSIM 9.0.
b. Mengetahui besar nilai tahanan tambahan untuk start Motor DC Shunt .
c. Mengetahui besar nilai tahanan tambahan untuk start Motor DC Seri.
d. Merancang rangkaian sensor arus start agar sesuai dengan respon arus start
yang diinginkan. e.
Merancang rangkaian thyristor controller sesuai dengan besar nilai tahanan tambahan dan rangkaian sensor arus yang sudah ditetapkan.
24 f.
Mensimulasikan rangkaian start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri dengan thyristor controller untuk melihat besar arus yang dihasilkan pada
masing-masing arus start. Prosedur simulasi start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri, secara
flowchart dapat digambarkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Flowchart pensimulasian start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri dengan Thyristor Controller
Penentuan data parameter Motor DC Shunt dan Motor DC Seri
Penentuan besar
nilai tahanan tambahan Motor
DC Shunt dan Motor DC Seri
Mensimulasikan percobaan start Motor DC Shunt dan Motor DC seri pada PSIM ver 9.0
Memperolah hasil besar arus start dan kecepatan Motor DC Shunt dan Motor
DC Seri Mulai
Penentuan rangkaian sensor arus start
Selesai
25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Persiapan Data
4.1.1. Motor DC Shunt
Motor DC yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut: Daya nominal
= 300 W Kecepatan nominal
= 3000 rpm Tegangan nominal
= 180 V Arus nominal
= 2,22 A Tahanan armatur
= 7,36 Ohm Induktansi armatur
= 30 mH Inertia motor
= 0,00115 Kgm
2
Simulasi motor pada PSIM memerlukan tambahan data yaitu tahanan medan dan induktansi medan. Dengan melakukan uji coba pada PSIM, maka didapat nilai yg
mendekati sesuai dengan spesifikasi Motor DC Shunt diatas yaitu : Tahanan medan
= 30 Ohm Induktansi medan
= 250 mH
Motor DC 31.5 kW yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut: Daya nominal
= 31.5 kW Kecepatan nominal
= 4500 rpm Tegangan nominal
= 420 V Arus nominal
= 90 A Tahanan armatur
= 0,65 Ohm Induktansi armatur
= 6,6 mH
26 Inertia motor
= 0,32 Kgm
2
Simulasi motor pada PSIM memerlukan tambahan data yaitu tahanan medan dan induktansi medan. Dengan melakukan uji coba pada PSIM, maka didapat nilai yg
mendekati sesuai dengan spesifikasi Motor DC Shunt diatas yaitu : Tahanan medan
= 4,667 Ohm Induktansi medan
= 100 mH
4.1.2. Motor DC Seri
Motor DC yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut: Daya nominal
= 300 W Kecepatan nominal
= 3000 rpm Tegangan nominal
= 180 V Arus nominal
= 2,22 A Tahanan armatur
= 7,36 Ohm Induktansi armatur
= 30 mH Inertia motor
= 0,00115 Kgm
2
Simulasi motor pada PSIM memerlukan tambahan data yaitu tahanan medan dan induktansi medan. Dengan melakukan uji coba pada PSIM, maka didapat nilai yg
mendekati sesuai dengan spesifikasi Motor DC Seri diatas yaitu : Tahanan medan
= 37,5 Ohm Induktansi medan
= 100 mH
Motor DC 31.5 kW yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut: Daya nominal
= 31.5 kW Kecepatan nominal
= 4500 rpm
27 Tegangan nominal
= 420 V Arus nominal
= 90 A Tahanan armatur
= 0,65 Ohm Induktansi armatur
= 6,6 mH Inertia motor
= 0,32 Kgm
2
Simulasi motor pada PSIM memerlukan tambahan data yaitu tahanan medan dan induktansi medan. Dengan melakukan uji coba pada PSIM, maka
didapat nilai yg mendekati sesuai dengan spesifikasi Motor DC Shunt diatas yaitu :
Tahanan medan = 2 Ohm
Induktansi medan = 10 mH
4.1.3. Tahanan Starting Motor DC Shunt
Tahanan start akan diberikan sampai pada batas jumlah yang disesuaikan dengan parameter Motor DC 300 W. Dimulai dari dua kali lebih besar dari arus
nominal, tiga kali arus start nominal, dst, sampai jumlah tahanan menjadi satu. a.
Melalui data motor diatas maka akan ditetapkan arus armatur maksimal yang diperbolehkan yaitu dua kali lebih besar dari arus armatur nominal
atau I
max
= 2 x I
a
= 2 x 2,22 = 4,44 A dan arus minimal yang diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 2,22 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 180 4,44 = 40,54 Ohm Jumlah perpindahan dan resistor yang diperlukan ialah
28
Maka akan ada 4 perpindahan dan 3 tahanan. R
2
= R
1
x I
min
I
max
=40,54 x 2,224,44 = 20,27 Ohm R
3
= R
2
x I
min
I
max
=20,27 x 2,224,44 = 10,135 Ohm Nilai resisitor 1 r
1
= R
1
– R
2
= 40,54 – 20,27 = 20.27 Ohm
Nilai resisitor 2 r
2
= R
2
– R
3
= 20,27 – 10,135 = 10,135 Ohm
Nilai resistor 3 r
3
= R
3
– R
a
= 10,135 – 7,36 = 2,77 Ohm
b. Melalui data motor diatas maka akan ditetapkan arus armatur maksimal
yang diperbolehkan yaitu tiga kali lebih besar dari arus armatur nominal atau I
max
= 3 x I
a
= 3 x 2,22 = 6,66 A dan arus minimal yang diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 2,22 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 180 6,66 = 27,027 Ohm Jumlah perpindahan dan resistor yang diperlukan ialah
Maka akan ada 3 perpindahan dan 2 tahanan.
R
2
= R
1
x I
min
I
max
=27,027 x 2,226,66 = 9,009 Ohm Nilai resisitor 1 r
1
= R
1
– R
2
= 27,027 – 9,009 = 18,018 Ohm
Nilai resistor 2 r
2
= R
2
– R
a
= 9,009 – 7,36 = 1,649 Ohm
c. Melalui data motor diatas maka akan ditetapkan arus armatur maksimal
yang diperbolehkan yaitu empat kali lebih besar dari arus armatur nominal atau I
max
= 4 x I
a
= 4 x 2,22 = 8,88 A dan arus minimal yang
29 diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 2,22 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 180 8,88 = 20,27 Ohm Jumlah perpindahan dan resistor yang diperlukan ialah
Maka akan ada 2 perpindahan dan 1 tahanan.
Nilai resisitor 1 r
1
= R
1
– R
a
= 20,27 – 7,36 = 12,91 Ohm
Tahanan start akan diberikan sampai pada batas jumlah yang disesuaikan dengan parameter Motor DC 31,5 Kw :
a. Melalui data motor diatas maka akan ditetapkan arus armatur maksimal
yang diperbolehkan yaitu empat kali lebih besar dari arus armatur nominal atau I
max
= 4 x I
a
= 4 x 90 = 360 A dan arus minimal yang diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 90 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 420 360 = 1,167 Ohm Jumlah perpindahan dan resistor yang diperlukan ialah
Maka akan ada 2 perpindahan dan 1 tahanan.
Nilai resisitor 1 r
1
= R
1
– R
a
= 1,167 – 0,65 = 0,517 Ohm
b. Melalui data motor diatas maka akan ditetapkan arus armatur maksimal
yang diperbolehkan yaitu empat kali lebih besar dari arus armatur nominal atau I
max
= 1,75 x I
a
= 2 x 90 = 157,5 A dan arus minimal yang
30 diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 90 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 420 157,5 = 2,667 Ohm Jumlah perpindahan dan resistor yang diperlukan ialah
Maka akan ada 4 perpindahan dan 3 tahanan.
R
2
= R
1
x I
min
I
max
=2,333 x 90157,5 = 1,5238 Ohm R
3
= R
2
x I
min
I
max
=1,5238 x 90157,5 = 0,8707 Ohm Nilai resisitor 1 r
1
= R
1
– R
2
= 2,333 – 1,5238 = 1,1429 Ohm
Nilai resisitor 2 r
2
= R
2
– R
3
= 1,5238 – 0,8707 = 0,6616 Ohm
Nilai resisitor 3 r
3
= R
3
– R
a
= 0,6616 – 0,65 = 0,22076 Ohm
4.1.4. Tahanan Starting Motor DC Seri
Melalui data motor 300 W maka akan ditetapkan arus armatur maksimal yang diperbolehkan yaitu satu setengan kali lebih besar dari arus armatur nominal
atau I
max
= 1,5 x I
a
= 1,5 x 2,22 = 3,33 A dan arus minimal yang diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 2,22 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 180 3,33 = 54,054 Ohm
Karena kurva magnetisasi pada simulasi PSIM berbentuk linear maka . Hal ini menyebabkan jumlah tahanan tidak dipengaruhi oleh besar arus
maksimum start, sehingga persamaanya menjadi:
31 Untuk menunjukkan perbedaan jumlah tahanan start penulis mengambil
jumlah tahanan 1, 2, dan 3. a.
Nilai resistor 1 r
1
= 9,194 Ohm b.
Nilai resistor 1 r
1
= 4,597 Ohm Nilai resistor 2 r
2
= 4,597 Ohm c.
Nilai resistor 1 r
1
= 3,064 Ohm Nilai resistor 2 r
2
= 3,064 Ohm Nilai resistor 3 r
3
= 3,064 Ohm Melalui data motor 31,5 Kw maka akan ditetapkan arus armatur maksimal
yang diperbolehkan yaitu satu setengan kali lebih besar dari arus armatur nominal atau I
max
= 1,5 x I
a
= 1,5 x 90 = 135 A dan arus minimal yang diperbolehkan yaitu sama dengan arus nominal armatur atau atau I
min
= I
a
= 90 A. Dari nilai diatas maka R
1
= VI
max
= 420 135 = 3.11 Ohm
Karena kurva magnetisasi pada simulasi PSIM berbentuk linear maka . Hal ini menyebabkan jumlah tahanan tidak dipengaruhi oleh besar arus
maksimum start, sehingga persamaanya menjadi:
32 a.
Nilai resistor 1 r
1
= 0,461 Ohm. b.
Nilai resistor 1 r
1
= Ohm.
Nilai resistor 2 r
2
= Ohm.
Nilai resistor 3 r
3
= Ohm
4.1.5. Rangkain Sensor Start Motor DC Shunt
Rangkain ini secara sederhana dapat terlihat pada Gambar 4.1 dibawah ini
V Shunt Field
I
2
Sensor Arus D
D D
THY 1 THY 2
Gambar 4.1 Diagram rangkaian start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller
Motor DC Shunt akan menggunakan sensor arus. Sensor arus akan membaca nilai arus dan mengirimkan nilai arus pada thyristor. Nilai arus yg diteruskan
hanya akan bernilai 2,22 A yang artinya thyristor akan segera aktif jika sensor membaca nilai 2,22 A. Karena nilai sinyal yang digunakan sama maka perlu
switch penundaan sinyal Blok D pada thyristor agar thyristor tidak aktif bersamaan. Pada thyristor satu THY1 ada satu blok D karena saat arus mencapai
33 arus maksimum awal I
max
, arus start melalui nilai 2,22 A yang menjadi nilai sinyal pengaktifan thyristor. Pada thyristor dua THY 2 diperlukan dua blok D,
satu saat mencapai mencapai arus maksium awal, yang kedua untuk menunda arus sinyal pengaktifan pada thyristor pertama. Blok D terdiri dari rangkaian DC RL,
dimana saat mencapai nilai sinyal akan memerlukan waktu tambahan. Rangkaiannya dapat terlihat pada Gambar 4.2 dibawah ini.
Melalui percobaan pada PSIM didapat nilai kedua tahanan sebesar 10 ohm, nilai induktor sebesar 0,5 H dan besar tegangan 0,11 volt.
Gambar 4.2 Rangkaian delay dengan RL
4.1.6. Rangkain Sensor Start Motor DC Seri
Rangkain ini secara sederhana dapat terlihat pada gambar dibawah ini
V I
2
Sensor Arus D
D D
THY 1 THY 2
Series Field
Gambar 4.3 Diagram rangkaian start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller.
34 Rangkaian sensor Motor DC Seri sama dengan rangkaian Motor DC Shunt.
Sensor arus akan membaca nilai arus dan mengirimkan nilai arus pada thyristor. Nilai arus yg diteruskan hanya akan bernilai 2,22 A yang artinya thyristor akan
segera aktif jika sensor membaca nilai 2,22 A. Karena nilai sinyal yang digunakan sama maka perlu switch penundaan sinyal Blok D pada thyristor agar thyristor
tidak aktif bersamaan. Pada thyristor satu THY1 ada satu blok D karena saat arus mencapai arus maksimum awal I
max
, arus start melalui nilai 2,22 A yang menjadi nilai sinyal pengaktifan thyristor. Pada thyristor dua THY 2 diperlukan
dua blok D, satu saat mencapai mencapai arus maksium awal, yang kedua untuk menunda arus sinyal pengaktifan pada thyristor pertama. Blok D terdiri dari
rangkaian DC RL, dimana saat mencapai nilai sinyal akan memerlukan waktu tambahan. Rangkaiannya dapat terlihat pada Gambar 4.2.
Melalui percobaan pada PSIM didapat nilai kedua tahanan sebesar 10 ohm, nilai inductor sebesar 0,5 H dan besar tegangan 0,11 volt.
4.1.7. Rangkain Start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller
Bentuk rangkaian start Motor DC Shunt ialah :
35 Gambar 4.4 Rangkain Start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller
dimana arus start 4 kali arus nominal.
Gambar 4.5 Rangkain Start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 3 kali arus nominal.
36 Gambar 4.6 Rangkain Start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller
dimana arus start 2 kali arus nominal.
4.1.8. Rangkain Start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller
Bentuk rangkaian start motor DC seri ialah :
Gambar 4.7 Rangkain Start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dimana memiliki 1 tahanan start.
37 Gambar 4.8 Rangkain Start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dimana
memiliki 2 tahanan start.
Gambar 4.9 Rangkain Start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dimana memiliki 3 tahanan start.
4.2 Hasil Simulasi Start Motor DC Shunt
Hasil simulasi untuk arus start Motor DC Shunt saat tidak memakai thyristor controller ialah:
38 Gambar 4.10 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt tanpa Thyristor Controller.
Dari grafik Gambar 4.10 nilai I
max
= 22,27 A Dalam perhitungan:
I
max
= VR
a
= 1807,36 = 24,456 A
Gambar 4.11 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt 31,5 kW tanpa Thyristor Controller
Dari grafik Gambar 4.11 nilai I
max
= 622,8, A
39 Dalam perhitungan:
I
max
= VR
a
= 4200,65 = 646,15 A Hasil simulasi untuk arus start Motor DC shunt dengan thristor controller didapat
hasil sebagai berikut:
Gambar 4.12 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 4 kali arus nominal.
Dari Gambar 4.12 didapat: No.
I
max
A Waktud
1 8,82
0,0084 2
5,36 0,7683
Tabel 4.1 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 1 tahanan Motor DC Shunt Dengan perhitungan memakai rumus dari PSIM yaitu :
- atau dengan bentuk lain
Dimana: V
t
: Tegangan motor
40 E
b
: ggl balik L
a
: induktansi armatur I
a
: arus armatur R
a
: tahanan armatur -
Dimana : L
af
: induktansi bersama medan dan armatur I
f
: arus medan W: kecepatan motor
- Nilai V
t
, I
a
, R
a
, I
f
, W merupakan nilai rating nominal motor Perhitungan dengan rumus PSIM :
L
a
= 0,03 H t
1
= 0,0084 d t
2
= 0,7683 d I
f2
= 6 A W
2
= 2574,3 rpm R
1
= 20,76 Ω R
2
= R
a
= 7,36 Ω L
af
= 180 – 2,22.7,366.3000 = 0,009 H
= 139,0122 V
41 Perbedaan ini disebabkan pembulatan dalam pembacaan grafik pada hasil
simulasi. Perhitungan dengan rumus PSIM ini juga sama dengan perhitungan yang lainnya
Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah: I
max1
= VR
1
= 18020,27 = 8,88 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.20,27 = 135,0006 V
I
max2
= V – E
1
R
a
= 180-135,00067,36 = 6,11A No.
I
max
A 1
8,88 2
6,11 Tabel 4.2 Hasil perhitungan arus puncak 1 tahanan Motor DC Shunt
Gambar 4.13 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 3 kali arus nominal.
Dari Gambar 4.13, didapati nilai puncak setiap arus ialah:
42 No.
I
max
A Waktud
1 6,66
0,0077 2
5,98 0,9789
3 2,62
1,2779 Tabel 4.3 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 2 tahanan Motor DC Shunt
Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah: I
max1
= VR
1
= 18027,027 = 6,66 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.27,027 = 120,00006 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 180-120,000069,009 = 6,66 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 180 – 2,22.9,009 = 160, 00002 V
I
max3
= V-E
2
R
a
= 180 – 160,000027,36 = 2,717 A
No. I
max
A 1
6,66 2
6,66 3
2,717 Tabel 4.4 Hasil perhitungan arus puncak 2 tahanan Motor DC Shunt
Gambar 4.14 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 2 kali arus nominal.
43 Dari Gambar 4.14, didapat nilai puncak setiap arus ialah:
No. I
max
A Waktud
1 4,46
0,0085 2
4,32 1,3468
3 4,14
2,0052 4
2,89 2,3204
Tabel 4.5 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 3 tahanan Motor DC Shunt Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 18040,54 = 4,44 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.40,54 = 90,0012 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 180-90,001220,27 = 4,439 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 180 – 2,22.20,27 = 135, 0006 V
I
max3
= V-E
2
R
3
= 180 – 135,000610,135 = 4,44 A
E
b3
= V – I
min
.R
3
= 180 – 2,22.10,135 = 157,5003 V
I
max4
= V – E
3
R
a
= 180 – 157,50037,36 = 3,05 A
No. I
max
A 1
4,44 2
4,439 3
4,44 4
3,05 Tabel 4.6 Hasil perhitungan arus puncak 3 tahanan Motor DC Shunt
44 Gambar 4.15 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt 31,5 kW dengan Thyristor
Controller dimana arus start 4 kali arus nominal. Dari Gambar 4.15 didapat:
No. I
max
A Waktud
1 341,6
0,0316 2
163 4,5045
Tabel 4.7 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 1 tahanan Motor DC Shunt 31,5 kW
Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah: I
max1
= VR
1
= 4201,167 = 360A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 420 – 90.1,167 = 314,97 V
I
max2
= V – E
1
R
a
= 420-314,970,65 = 161,58A No.
I
max
A 1
360 2
161,58 Tabel 4.8 Hasil perhitungan arus puncak 1 tahanan Motor DC Shunt 31,5 kW
45 Gambar 4.16 Grafik i-t arus start Motor DC Shunt 31,5 kW dengan Thyristor
Controller dimana arus start 1,75 kali arus nominal Dari Gambar 4.16, didapati nilai puncak setiap arus ialah:
No. I
max
A Waktud
1 157,3
0,027 2
155,635 7,9174
3 154,86
12,4128 4
118,19 14,959
Tabel 4.9 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 3 tahanan Motor DC Shunt 31,5 kW Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 4202,667 = 157,5 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 420 – 90.2,667 = 179,997 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 420-179,9971,5238 = 157,503 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 420 – 90.1,5238 = 282,858 V
I
max3
= V-E
2
R
3
= 420-282,8580,8707 = 157,4968 A E
b3
= V – I
min
.R
3
= 420 – 90.0,8707 = 341,631 V
I
max3
= V-E
3
R
a
= 420-341,6310,65 = 120,5667 A
46 No.
I
max
A 1
157,5 2
157,503 3
157,4968 4
120,5667 Tabel 4.10 Hasil perhitungan arus puncak 3 tahanan Motor DC Shunt 31,5 kW
Dari hasil perhitungan dan manual diatas terdapat perbedaan yang disebabkan oleh perhitungan simulasi menggunakan perhitungan transien sehingga nilai arus
simulasi lebih kecil. Hal ini disebabkan nilai dari rugi-rugi reaktif diperhitungkan. Tetapi hal ini tidak terlalu berpengaruh dalam menentukan setiap nilai tahanan
start tanpa menggunakan perhitungan transien dan fungsi tahanan start untuk menurunkan nilai arus start dengan baik.
Hasil simulasi untuk kecepatan start Motor DC Shunt dengan thyristor controller didapat hasil sebagai berikut:
Gambar 4.17 Grafik n-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 4 kali arus nominal.
47 Gambar 4.18 Grafik n-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller
dimana arus start 3 kali arus nominal.
Gambar 4.19 Grafik n-t arus start Motor DC Shunt dengan Thyristor Controller dimana arus start 2 kali arus nominal.
48 Gambar 4.20 Grafik n-t arus start Motor DC Shunt 31,5 kW dengan Thyristor
Controller dimana arus start 4 kali arus nominal.
Gambar 4.21 Grafik n-t arus start Motor DC Shunt 31,5 kW dengan Thyristor Controller dimana arus start 1,75 kali arus nominal.
Hasil grafik menunjukkan bahwa thyristor controller dapat menurunkan arus start Motor DC dan menghasilkan arus start sesuai dengan respon arusnya.
4.3 HASIL SIMULASI START MOTOR DC SERI
Hasil simulasi arus start Motor DC Seri saat tidak memakai thyristor controller ialah:
49 Gambar 4.22 Grafik i-t arus start Motor DC Seri tanpa Thyristor Controller.
Dari grafik Gambar 4.20 nilai I
max
= 3,92 A Dalam perhitungan:
I
max
= VR
a
+ R
f
= 1807,36 + 37,5 = 4,01 A
Gambar 4.23 Grafik i-t arus start Motor DC Seri tanpa Thyristor Controller. Dari grafik Gambar 4.21 nilai I
max
= 156 A Dalam perhitungan:
50 I
max
= VR
a
+ R
f
= 4200,65 + 2 = 158,5 A Hasil simulasi arus start Motor DC Shunt dengan thristor controller didapat hasil
sebagai berikut:
Gambar 4.24 Grafik i-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dengan 1 tahanan start.
Dari Gambar 4.22, didapat nilai puncak setiap arus ialah: No.
I
max
A Waktud
1 3,29
0,014 2
2,49 2,275
Tabel 4.11 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 1 tahanan Motor DC Seri Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 18054,054 = 3,33 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.54,054 = 60,00012 V
I
max2
= V – E
1
R
a
+ R
f
= 180-135,00067,36 + 37,5 = 2,67 A No.
I
max
A 1
3,33 2
2,67 Tabel 4.12 Hasil perhitungan arus puncak 1 tahanan Motor DC Seri
51 Gambar 4.25 Grafik i-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller
dengan 2 tahanan start. Dari Gambar 4.25, didapat nilai puncak setiap arus ialah:
No. I
max
A Waktud
1 3,29
0,014 2
2,35 2,275
3 2,35
3,3632 Tabel 4.13 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 2 tahanan Motor DC Seri
Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah: I
max1
= VR
1
= 18054,054 = 3,33 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.54,054 = 60,00012 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 180-60,0001249,457 = 2,42 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 180 – 2,22.49,457 = 70,20 V
I
max3
= V-E
2
R
a
+ R
f
= 180 – 70,2044,86 = 2,44 A
No. I
max
A 1
3,33 2
2,42 3
2,44 Tabel 4.14 Hasil perhitungan arus puncak 2 tahanan Motor DC Seri
52 Gambar 4.26 Grafik i-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller
dengan 3 tahanan start. Dari Gambar 4.26, didapat nilai puncak setiap arus ialah:
No. I
max
A Waktud
1 3,29
0,014 2
2,3 2,75
3 2,3
3,407 4
2,3 4,54
Tabel 4.15 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 3 tahanan Motor DC Seri Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 18054,054 = 3,33 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 180 – 2,22.50,054 = 60,00012 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 180-60,0001250,99 = 2,35 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 180 – 2,22.50,99 = 66,80 V
I
max3
= V-E
2
R
3
= 180 – 66,8047,926 = 2,36 A
E
b3
= V – I
min
.R
3
= 180 – 2,22.47,926 = 73,6 V
I
max4
= V – E
3
R
a
+ R
f
= 180 – 73,644,86 = 2,37 A
53 No.
I
max
A 1
3.33 2
2,35 3
2,36 4
3,37 Tabel 4.16 Hasil perhitungan arus puncak 3 tahanan Motor DC Seri
Gambar 4.27 Grafik i-t arus start Motor DC Seri 31,5 kW dengan Thyristor Controller dengan 1 tahanan start.
Dari Gambar 4.27, didapat nilai puncak setiap arus ialah: No.
I
max
A Waktud
1 133
0,029 2
99,45 1,45
Tabel 4.17 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 1 tahanan Motor DC Seri Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 4203,11 = 135 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 420 – 90.3,11 = 140,1 V
I
max2
= V – E
1
R
a
+ R
f
= 420-140,10,65 + 2 = 105,62 A No.
I
max
A 1
135 2
105,62 Tabel 4.18 Hasil perhitungan arus puncak 1 tahanan Motor DC Seri
54 Gambar 4.28 Grafik i-t arus start Motor DC Seri 31,5 kW dengan Thyristor
Controller dengan 3 tahanan start. Dari Gambar 4.28, didapat nilai puncak setiap arus ialah:
No. I
max
A Waktud
1 133,965
0,033 2
93,03 8,625
3 93,03
13,198 4
93,03 17,774
Tabel 4.19 Hasil simulasi waktu dan arus puncak 3 tahanan Motor DC Seri 31,5 kW Dalam perhitungan, nilai setiap arus puncak ialah:
I
max1
= VR
1
= 4203,11 = 135 A E
b1
= V – I
min
.R
1
= 420 – 90.3,11 = 140,1 V
I
max2
= V – E
1
R
2
= 420-140,12,95733 = 94,646 A E
b2
= V – I
min
.R
2
= 420 – 90.2,95733 = 153,8402 V
I
max3
= V-E
2
R
3
= 420 – 153,84022,80366 = 94,933 A
E
b3
= V – I
min
.R
3
= 420 – 90.2,80366 = 167,6706 V
I
max3
= V-E
3
R
a
+ R
f
= 420 – 167,67062,65 = 95,2186 A
55 No.
I
max
A 1
135 2
94,646 3
94,933 4
95,2186 Tabel 4.20 Hasil perhitungan arus puncak 3 tahanan Motor DC Seri 31,5 kW
Dari hasil perhitungan dan manual diatas terdapat perbedaan yang disebabkan oleh perhitungan simulasi menggunakan perhitungan transien
sehingga nilai arus simulasi lebih kecil. Hal ini disebabkan nilai dari rugi-rugi reaktif diperhitungkan. Tetapi hal ini tidak terlalu berpengaruh dalam menentukan
setiap nilai tahanan start tanpa menggunakan perhitungan transien dan fungsi tahanan start untuk menurunkan nilai arus start dengan baik.
Hasil simulasi untuk kecepatan start motor DC Seri dengan thristor controller didapat hasil sebagai berikut:
Gambar 4.29 Grafik n-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dengan 1 tahanan start.
56 Gambar 4.30 Grafik n-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller
dengan 2 tahanan start.
Gambar 4.31Grafik n-t arus start Motor DC Seri dengan Thyristor Controller dengan 3 tahanan start.
57 Gambar 4.32 Grafik n-t arus start Motor DC Seri 31,5 kW dengan Thyristor
Controller dengan 1 tahanan start .
Gambar 4.33 Grafik n-t arus start Motor DC Seri 31,5 kW dengan Thyristor Controller dengan 3 tahanan start.
Hasil grafik menunjukkan bahwa thyristor controller dapat menurunkan arus start Motor DC dan menghasilkan arus start sesuai dengan respon arusnya.
58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
1. Besar tahanan starting pada Motor DC Shunt dengan perbandingan arus maksimum dan arus minimum sama dengan 2 4,442,22 ialah tahanan 1 sama
dengan 20,27 ohm, tahanan 2 sama dengan 10,135 ohm dan tahanan 3 sama dengan 2,77 ohm. Perbandingan arus maksimum dan arus minimum sama
dengan 3 6,662,22 ialah tahanan 1 sama dengan 18,018 ohm dan tahanan 2 sama dengan 1,649 ohm. Perbandingan arus maksimum dan arus minimum
sama dengan 4 8,882,22 ialah tahanan 1 sama dengan 12,91 ohm. 2. Besar tahanan starting pada Motor DC Seri dengan perbandingan arus
maksimum dan arus minimum sama dengan 1,5 3,332,22dengan 1 tahanan ialah tahanan 1 sama dengan 9,194 ohm. Perbandingan arus maksimum dan
arus minimum sama dengan 1,5 3,332,22dengan 2 tahanan ialah tahanan 1 sama dengan 4.597 ohm dan tahanan 2 sama dengan 4.597 ohm. Perbandingan
arus maksimum dan arus minimum sama dengan 1,5 3,332,22dengan 3 tahanan ialah tahanan 1 sama dengan 3,064 ohm, tahanan 2 sama dengan 3,064
ohm, dan tahanan 3 sama dengan 3,064 ohm. 3. Dari hasil simulasi didapati bahwa thyristor controller dapat menurunkan arus
start secara otomatis pada Motor DC Shunt dan Motor DC Seri.
59 4.Terdapat perbedaan antara perhitungan manual dengan perhitungan simulasi
karena pada perhitungan manual tidak menggunakan tahanan reaktif tetapi hasil arus start perhitungan simulasi lebih kecil dari manual sehingga nilai
tahanan yang dihitung dengan persamaan hitungan manual tetap dapat menurunkan arus start.
60
5.2 SARAN
1. Penelitian ini dapat dikembangkan kembali dengan membuat alat dari start
Motor DC Shunt dan start Motor DC Seri dengan thyristor controller.
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor DC 2.1.1. Prinsip Kerja Motor DC
Motor listrik adalah mesin dimana mengkonversi energi listrik ke energi mekanik. Jika rotor pada mesin berotasi, sebuah tegangan akan terinduksi pada
kumparan. Kumparan yang ditunjukkan berbentuk segi empat, dengan sisi ab dan cd tegak lurus dengan bidang halaman dan sisi bc dan da sejajar dengan bidang
halaman seperti pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Penampang kumparan rotor dari atas.[4] Medan magnetik yang dihasilkan konstan dan tegak lurus dengan
permukaan rotor, seperti pada gambar 2.2, saat berada di daerah kutub dan berkurang secara cepat menjadi nol saat berada di ujung daerah kutub.
6 Gambar 2.2 Penampang garis medan magnetik.[4]
Untuk mengetahui total tegangan induksi pada kumparan, setiap segmen harus diuji dan dijumlahkan setiap tegangan yg dihasilkan. Rumus yg digunakan
ialah e
ind
= v x B • l
2.1 dimana :
e
ind
= tegangan induksi v
= kecepatan kumparan B
= medan magnetik L
= panjang kumparan. 1.
Segmen ab. Di segmen ini, kecepatan dari kumparan tagensial kepada jalur rotasi. Medan magnetik B mengarah keluar tegak lurus dengan
permukaan rotor disetiap daerah kutub dan menjadi nol saat berada di ujung kutub. Saat di daerah kutub, kecepatan v tegak lurus dengan B, dan
nilai v x B mengarah kedalam dari halaman. Karena itu tegangan induksi dari setiap segmen adalah :
7 e
ba
= v x B • l = vBI saat di daerah kutub
= 0 saat di ujung kutub 2.
Segmen bc. Di segmen ini, nilai v x B tidak kedalam atau keluar, dimana panjang kumparan l di bidang halaman , jadi v x B tegak lurus dengan l.
karena itu tegangan pada segmen bc adalah nol. e
cb
= 0 3.
Segmen cd. Di segmen ini, kecepatan pada kumparan tagensial terhadap jalur rotasi. Medan magnetik B mengarah kedalam tegak lurus degan
permukaan rotor pada setiap permukaan di daerah kutub dan menjadi nol saat berada di ujung kutub. Saat di daerah kutub, kecepatan v tegak lurus
dengan B, dan nilai v x B mengarah keluar. Karena itu, nilai tegangan pada segmen ini ialah:
e
DC `
=v x B • l = vBl saat di daerah kutub
= 0 saat di ujung kutub 4.
Segmen da. Seperti di segmen bc, v x B tegak lurus terhadap l. karena itu tegangan pada segmen sama dengan nol.
e
ad
= 0 Total tegangan induksi pada kumparan ialah:
e
ind
= e
ba
+ e
cb
+ e
DC
+ e
ad
e
ind
= 2vBl saat di daerah kutub = 0 saat di ujung kutub
8 Gambar 2.3 Penampang dari depan motor DC [4]
Ketika kumparan berputar 180˚, segmen ab berada di posisi segmen cd sebelumnya. Saat itu, arah dari tegangan setiap segmen terbalik dari sebelumnya
tetapi nilainya tetap sama. Tegangan induksi ini masih dalam bentuk tegangan bolak balik karena berbedanya arah tegangan induksi pada segmen ab dan cd.
Untuk membuatnya menjadi tegangan searah maka perlu ditambahkan komutator pada ujung rotor.
Tegangan induksi ini berlawanan arah dengan tegangan supply utama. Arus dari selisih tegangan supply utama dan tegangan induksi pada rotor, atau disebut
juga dengan arus armatur, jika rangkaian rotor dibuat tertutup.Saat kumparan berarus ini bereaksi degan medan magnetik sehingga kumparan akan mengalami
gaya mekanik dimana arahnya sesuai dengan Hukum Tangan Kanan Fleming dan besarnya yaitu F=BIl Newton
2.2 dimana :
F = gaya B = kuat medan magnetic
I = arus
9 l = panjang penghantar
Ketika medan magnet diberi penguatan dan konduktor armatur diberi arus dari supply utama, hal ini akan menyebabkan gaya mekanik yang akan memutar
armatur. Setiap konduktor pada armatur akan mengalami gaya yang sama dan gaya ini akan menghasilkan torka yang membuat armatur berputar.
2.1.2. Persamaan Tegangan Motor DC
a. Persamaan Ekivalen Tegangan Motor DC Shunt Tegangan V pada armatur motor harus:
i. melebihi ggl balik E
b
dan ii mensupply tengangan drop armatur I
a
R
a
2.3 Persamaan diatas disebut sebagai persamaan tegangan pada Motor DC Shunt.
Sekarang, dengan mengalikan kedua sisi dengan I
a
, maka kita akan mendapatkan persamaan daya pada Motor DC Shunt:
2.4 dimana:
VI
a
= Input elektrik ke armatur E
b
I
a
= Ekivalen elektrik dari tenaga mekanik yang dihasilkan armatur I
a 2
R
a
= Rugi-rugi tembaga pada armatur Rangkain ekivalen Motor DC Shunt dapat dilihat di Gambar 2.4.
10 Gambar 2.4 Rangkaian ekivalen Motor DC Shunt.
b. persamaan ekivalen tegangan pada Motor DC Seri yaitu: 2.5
Bila kita mengalikan kedua sisi dengan I
a
, maka kita akan mendapatkan persamaan daya pada Motor DC Seri:
2.6 dimana:
VI
a
= Input elektrik ke armatur E
b
I
a
= Ekivalen elektrik dari tenaga mekanik yang dihasilkan armatur Ia
2
Ra+Rf = Rugi-rugi tembaga pada armatur dan pada medan
Rangkain ekivalen Motor DC Seri dapat dilihat di Gambar 2.5.
V E
b
v I
I Series Field
Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen Motor DC Seri. Oleh sebab itu, keluaran dari input armatur, beberapa daya terbuang di rugi-
rugi I
2
R dan sisanya diubah menjadi tenaga mekanik pada armatur. Perlu diperhatikan bahwa efisiensi motor ialah perbandingan antara daya yang
V E
b
v I
sh
I
a
I I
Shunt Field
11 dihasilkan oleh armatur ke input, yaitu E
b
I
a
VI
a
=E
b
V . Dengan jelas, bahwa semakin tinggi nilai E
b
yang dibandingkan pada V, semakin tinggi effisiensi motor.
2.1.3. Starting Motor DC
Besar arus yang mengalir pada armatur Motor DC Shunt ialah: 2.7
dan pada Motor DC Seri ialah : 2.8
dimana V adalah supply tegangan, E
b
adalah ggl balik , R
a
tahanan aramatur, dan R
f
tahanan medan.Ketika motor tidak bekerja maka tidak akan ada ggl balik yang dihasilkan pada armatur E
b
=0. Jika tegangan supply diberikan secara penuh pada armatur , armatur akan menyerap arus yang sangat besar karena tahanan armatur
yang relatif kecil. Misal sebuah motor 440V, 5H.P.3,73kW mempunyai tahanan armatur 0,
25Ω, tahanan medan 50Ω dan arus beban penuh 50A. Jika motor di start secara langsung, maka pada motor ds shunt akan dihasilkan arus sebesar
4400,25 = 1760 A dimana 176050 = 35,2 kali dari arus beban penuh motor dan pada motor dc seri akan dihasilkan arus sebesar 4400,25+50 = 8,75 A dimana
8,7550 = 0,175 kali dari arus beban penuh motor. Arus yang besar pda Motor DC Shunt ini akan meleburkan fuse dan akan merusak komutator dan sikat motor.
Sedangkan pada Motor DC Seri nilai arus kecil karena nilai tahanan medan yang besar dan dalam perhitungan nilai tahan armatur dapat diabaikan. Untuk
mencegah hal ini, sebuah tahanan tambahan Gambar 2.6 untuk Motor DC Shunt dan Gambar 2.7 untuk Motor DC Seri diberikan secara seri pada armatur
sepanjang durasi periode start, misalkan 5 sampai 10 detik yang akan membatasi
12 arus start ke nilai yang aman. Tahanan starting akan berkurang secara bertahap
ketika motor mencapai kecepatan dan menghasilkan ggl balik yang dapat mengatur kecepatannya sendiri.
Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen Motor DC Shunt dengan tahanan tambahan terhubung seri.
Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen Motor DC Seri dengan tahanan tambahan terhubung seri.
a.Pengurangan Tahanan Starting pada Motor Shunt Tahapan pengurangan pada tahanan starting Motor DC Shunt dilakukan
dengan cara menentukan jumlah tingkatan tahanan, nilai arus tertinggi, nilai arus terendah. Nilai arus terendah bergantung pada jumlah tingkatan tahan yang telah
ditentukan. Hal ini dapat menunjukkan bahwa tingkatan tahanan pada rangkaian V
Shunt Field
I
a
Ia
13 dicari dengan menggunkan deret geometri, dimana rationya sama dengan arus
terendah dibagi dengan arus tertinggi.
Gambar 2.8 Rangkain pengurangan tahanan mekanik.[1] Pada Gambar 2.8 kita akan melihat bila lengan pada lengan A memiliki
kontak dengan tingkatan no. 1, maka arus armatur langsung bernilai arus maksimum I
1
yaitu I
1
= VR
1
dimana R
1
= tahanan armatur dan tahanan start. Arus maksimum I
1
ialah nilai arus batasan tertinggi saat start. Ketika arus armatur turun kenilai arus beban penuh yang bernilai I
2
disebut juga arus minimum, lengan A bergerak ke tingkatan no.2. Misal nilai e.m.f. balik ialah E
b1
, sesaat berpindah dari tingkatan no.1 maka:
2.9
14 Ketika lengan A menyentuh di tingkatan no.2, maka arus akan kembali menuju
nilai I
1
. Karena kecepatan belum berubah maka nilai e.m.f. balik akan menjadi sama.
2.10
Dari persamaan 2.8 dan 2.9 kita akan mendapatkan
=
2.11 Saat lengan A berada di tingkatan no.2, maka nilai arus akan menurun ke nilai
minimum I
2
yaitu: 2.12
Bila lengan A bergerak ke tingkatan 3, maka nilai arus : 2.13
Dari persamaan 2.11 dan 2.12 kita akan mendapatkan
=
2.14 Saat lengan A berada di tingkatan no.3 maka nilai arus akan menurun ke nilai
minimum I
2
yaitu: 2.15
Bila lengan A bergerak ke tingkatan 3 maka nilai arus : 2.16
Dari persamaan 2.14 dan 2.15 kita akan mendapatkan
=
2.17 Dari persamaan 2.10, 2.13, dan 2.16 maka didapatkan:
15 2.18
Jika n adalah jumlah dari tingkatan dan n-1 adalah jumlah resistor pada tingkatan maka:
2.19 Bentuk formula tingkatan tahanan ini dapat juga dilihat dibawah ini:
2.20
2.21
2.22 dimana :
K = ratio arus maksimum dengan arus minimum n = jumlah tingkatan
R
n
= nilai tahanan pada tingkatan n R
a
= nilai tahanan armatur r
n
= nilai tahanan ke-n I
1
= arus maksimum I
2
= arus minimum V = tegangan supply
Dari persamaan diatas kita akan mendapatkan nilai dari berapa jumlah tingkatan resistor dan besar resistor pada setiap tingkatan.
16 b.Pengurangan Tahanan Starting Pada Motor Seri
Pada prinsipnya mendesain pengurangan tahanan starting pada Motor Shunt dan Seri hampir sama.Tetapi terdapat satu perbedaan yang penting yaitu fluks
medan tidak konstan tetapi bervariasi dengan nilai arus tahan armatur. Misal: I
1
= Arus maksimum I
2
= Arus minimum Φ
1
= fluks untuk I
1
Φ
2
= fluks untuk I
2
I
1
I
2
= K dan Φ
1
Φ
2
= α
Pada kondisi lengan tingkatan berada di posisi ke n dan n+1. Ketika arus berada di I
2
, maka E
b
=V-I
2
R
n
. Sekarang, bila penstart bergerak ke n+1, maka:
2.23
2.24 Sekarang, VI
1
=R
1
adalah tahanan total pada rangkaian ketika starter pada tingkatan pertama.
2.25 Dengan mensubstitusi n-1 ke n, maka kita mendapatkan
2.26 Maka tahanan antara ke n dan n+1 dapat dilihat dibawah ini:
2.27
2.28
17 Dimana α=Φ
1
Φ
2
dan K=I
1
I
2
. Dengan asumsi pada magnetisasi linear, maka I
1
≈ Φ
1
dan I
2
≈ Φ
2
sehingga akan mendapatkan:
؞
I
1
I
2
=Φ
1
Φ
2
؞
α=K dan b= αK = 1
؞
Dengan kata lain, setiap tingkatan memiliki nilai tahanan yang sama. 2.29
dimana : K = ratio arus maksimum dengan arus minimum
α = ratio fluks maksimum dengan fluks minimum n = jumlah tingkatan
R
n
= nilai tahanan pada tingkatan n R
a
= nilai tahanan armatur R
f
= nilai tahanan medan r
n
= nilai tahanan ke-n
2.2 Thyristor
Simbol rangkaian untuk thyristor dan karakteristik i-v ditunjukkan pada Gambar2.11 dan Gambar 2.12. Arus utama mengalir dari anoda A ke katoda
K. Saat dalam keadaan off, thyristor dapat memblok tegangan bias maju dan tidak terkonduksi, seperti terlihat di Gambar 2.11, bagian keadaan off pada
kareteristik i-v.
18 Gambar 2.11 Simbol Rangkaian Thyristor.[2]
Gambar 2.12 Karakteristik i-v Thyristor.[2] Thyristor dapat dipicu menjadi keadaan on dengan memberikan pulsa arus
positif ke gate dengan durasi yang singkat pada saat peralatan berada di keadaan bias maju terblok. Hasil dari hubungan karakteristik i-v pada bagian keadaan on
ditunjukkan pada Gambar. Tegangan jatuh bias maju pada saat keadaan on hanya beberapa volt biasanya 1-3 V tergantung rating block tegangannya.
19 Ketika thyristor mulai terkonduksi, thyristor akan terpasang on latch on
dan arus gate dapat dihilangkan. Thyristor tidak dapat dijadikan keadaan off oleh gate, dan thristor terkonduksi sama seperti dioda. Hanya jika arus anoda menjadi
negatif, dibawah pengaruh dari rangkaian dimana thyristor terhubung, yang membuat thyristor menjadi keadaan off dan arus akan menjadi nol. Hal ini
memberikan gate untuk mendapatkan kembali kendali untuk membuat keadaan on pada saat waktu yang terkendali setelah thyristor berada dikeadaan bias baju
terblok. Di bias mundur pada tegangan dibawah tegangan breakdown bias mundur,
hanya sangat sedikit arus bocor yang mengalir pada thyristor, seperti pada Gambar 2.13. Biasanya rating tegangan thyristor untuk tegangan bias maju dan
bias mundur adalah sama. Rating arus thyristor terspesifik pada kondisi rms maksimum dan arus rata-rata yang dapat dikonduksikan. Karakter ideal thyristor
dapat ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Karakteristik Ideal i-v Thyristor.[2]
20
2.3 Start Motor DC dengan Thyristor Controller
Penambahan tahanan tambahan pada armatur motor saat start dapat mengurangi arus start ke batas yang aman. Saat motor mencapai kecepatan
kerjanya maka tahanan ini harus berkurang secara bertahap. Pengurangan tahanan ini dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Bentuk sederhana dari rangkaian
pengurangan tahanan dapat dilihat di Gambar 2.9. Bila secara manual maka, pengguna motor listrik harus menggeser tuas kontrol pengatur tahanan armatur
motor. Bila secara otomatis maka motor akan secara otomatis mengurangi besar tahanan sampai motor mencapai kecepatan kerjanya. Pengurangan otomatis ini
dapat dilakukan dengan control otomatis dengan menggunakan magnetik kontaktor. Selain itu magnetik kontaktor dapat di ganti dengan thyristor. Thyristor
bekerja lebih baik dari magnetic kontaktor karena kemampuan thyristor dalam menanggapi arus. Sebuah thyristor dapat switch on dengan menambahkan sinyal
yang sesuai ke terminal gate thyristor. Ketika teraliri, thyristor menghasilkan tahanan nol saat bias maju anoda ke katoda dan akan menghubung- singkatkan
untuk tahanan start yang ada ketika terhubung. Thyristor dapat menjadi off misal dikondisikan kembali menjadi keadaan tidak teraliri dengan membalikkan
polaritas dari tegangan anoda-katoda.
21
V
Shunt Field
I
2
Sensor Arus
Gambar 2.9 Diagram rangkaian Motor DC Shunt dengan tahanan seri yang diatur dengan Thyristor Controller.
Sensor arus digunakan untuk memberi umpan balik kepada switch thyristor agar thyristor menjadi terhubung sesaat arus pada aramatur mencapai
nilai tahanan minimum seperti yang dijelaskan pada sub bab 2.1.3. Sensor ini berguna untuk membuat switch thyristor bekerja sesuai dengan respon arus pada
sensor sehingga tidak mengalami delay waktu yang lama atau terlalu cepat sesuai dengan Gambar 2.10.
22 Gambar 2.10 Grafik Arus
–Waktu saat start dengan tahanan seri.[1]
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada tahun 1890 sistem tenaga ac menjadi lebih banyak digunakan dibandingkan sistem tenaga DC. Walaupun begitu, Motor DC tetap
digunakan secara signifikan pada bagian mesin yang dikomersialkan setiap tahun sejak tahun 1960. Ada beberapa alasan mengapa Motor DC tetap
popular digunakan walaupun sistem tenaga DC sangat jarang digunakan. Pertama, sistem tenaga DC sering digunakan di mobil, truk, dan pesawat
terbang. Ketika sebuah kendaraan mempunyai sistem tenaga DC , maka akan lebih masuk akal untuk menggunakan Motor DC. Aplikasi Motor DC
yang lainnya ialah situasi yang membutuhkan variasi kecepatan yang luas. Ketika penggunaan rectifier-inverters belum dipakai secara luas, Motor DC
menjadi tak terkalahakan dalam hal aplikasi pengaturan kecepatan. Bahkan ketika tidak ada sumber tenaga DC , rangkaian penyerah dan chopper
digunakan untuk membuat tenaga DC yang diinginkan, dan Motor DC digunakan untuk mneyediakan pengaturan kecepatan yang diinginkan.
Pada penggunaannya Motor DC akan mengalami arus start yang sangat besar pada rangkaian armaturnya. Hal ini disebabkan karena saat
start motor belum berputar dan tidak ada ggl balik yang dihasilkan E
b
=0, sehingga tahanan internal pada Motor DC sangat rendah. Tahanan yang
sangat rendah ini dapat menimbulkan arus yang sangat besar pada Motor DC bisa mencapai 20 kali dari arus nominal. Arus start yang besar ini,
walaupun hanya bertahan sesaat, dapat meleburkan fuse, bahkan dapat
2 merusak komutator, sikat motor, dll. Untuk mengurangi arus yang sangat
besar ini maka diberikan tahanan tambahan pada Motor DC yang terhubung seri dengan armatur. Tahanan tambahan ini tidak boleh diberikan secara
permanan karena dapat menjadi rugi-rugi tambahan dan mengurangi karakteristik torka-speed Motor DC. Maka tahanan tambahan ini harus
berkurang seiring dengan kenaikan kecepatan motor dan penambahan ggl balik. Karena itu dibutuhkan metode starting agar motor dapat mengurangi
arus start yang sangat besar tersebut. Penulis memakai metode start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri
dengan thyristor controller dalam tugas akhir ini. Thyristor controller akan mengurangi tahanan tambahan ini seiring dengan batasan arus terendah dan
arus tertinggi yang diinginkan. Thyristor controller juga akan bekerja secara otomatis untuk mengurangi tahanan tambahan start seusai dengan respon
arus start.
1.2 Perumusan Masalah
Dari latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain :
1. Bagaimana merancang sebuah thyristor controller starter?
2. Bagaimana menentukan jumlah dan besaran dalam merancang thyristor
controller starter? 3.
Bagaimana pengaruh thyristor controller terhadap besar arus starting Motor DC?
3
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini
diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Maka penulis membatasi penulisan
Tugas Akhir ini dengan hal-hal sebagai berikut : a
Pengukuran arus, tegangan, kecepatan putar motor dilakukan pada kondisi ideal.
b Dilakukan dengan menggunakan simulasi pada software PSIM Ver.9.0.
c Motor yang digunakan ialah Motor DC Shunt dan Motor DC Seri
1.4 Tujuan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah mengetahui start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri dengan menggunakan thyristor controller.
1.5 Manfaat
Manfaat yang diharapkan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah mengetahui start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri dengan mengggunakan thyristor
controller. Tugas Akhir ini juga diharapkan dapat membantu untuk menganalisa start Motor DC Shunt dan Motor DC Seri sehingga memperoleh hasil yang
dinginkan.
4
1.6 Sistematika Penulisan
Tugas Akhir ini akan dibagi menjadi lima bab dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelititan, dan sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Kategori