Pengaruh Metode Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan Pengaturan Tahanan Jangkar Terhadap Efisiensi Motor DC SHUNT

(1)

TUGAS AKHIR

PENGARUH PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

MENGGUNAKAN PENGATURAN TAHANAN JANGKAR

TERHADAP EFISIENSI MOTOR DC SHUNT

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

ABDUL RACHMAN HAKIM NASUTION NIM : 060422012

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

MENGGUNAKAN PENGATURAN TAHANAN JANGKAR

TERHADAP EFISIENSI MOTOR DC SHUNT

Oleh :

ABDUL RACHMAN HAKIM NASUTION NIM : 060422012

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh : Dosen Pembimbing,

Ir. Mustafrind Lubis NIP : 194510051971061001

Diketahui oleh :

Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Prof. DR. Ir. Usman Ba’afai NIP : 194610221973021001

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PPSE FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(3)

ABSTRAK

Motor arus searah merupakan salah satu motor listrik yang sering digunakan oleh industri – industri yang membutuhkan hasil kerja yang konstan. Hal tersebut dikarenakan motor arus searah menggunakan sumber tegangan DC sebagai sumber tegangan nya.Dan untuk kebutuhan yang semakin lama semakin kompleks yaitu kebutuhan yang menginginkan adanya variasi dari kecepatan motor arus searah maka ada beberapa metode yang bisa digunakan dan salah satunya adalah pengaturan kecepatan motor dengan menggunakan pengaturan tahanan rangkaian jangkar ( Ra ).

Tetapi dikarenakan adanya penambahan tahanan pada metode tersebut maka dapat merubah besaran – besaran yang ada pada motor tersebut terutama pada effisiensi motor. Maka dari itu dalam tugas akhir ini akan melihat seberapa besar pengaruh metode pengaturan kecepatan motor arus searah menggunakan tahanan rangkaian jangkar terhadap effisiensi motor DC shunt.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kekuatan dan kemampuan dalam menghadapi segala cobaan, halangan dan rintangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, serta shalawat beriring salam penulis sampaikan ke junjungan alam Nabi Muhammad SAW.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, penulis beri judul :

PENGARUH METODE PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN PENGATURAN TAHANAN JANGKAR TERHADAP

EFISIENSI MOTOR DC SHUNT

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis dalam kesempatan ini ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ayahanda H.Rahuddin Nst dan Ibunda tercinta Hj. Halimah Harahap , sebagai motivator sejati bagi penulis, melindungi dan menyayangi serta memberikan yang terbaik bagi penulis.

2. Saudara-saudari penulis ; Rina andriani (yang selalu memberi semangat ), Salahuddin Al ayubi, Nurul Hijja, Amelia Ulfa, dan Salman Alfaridzi ( kalian inspirasi ku ).

3. Bapak Ir. Mustafrind Lubis selaku Dosen Pembimbing yang dengan sabar dan tulus meluangkan waktu dan pikiran untuk membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

(5)

4. Bapak Ir. Satria Ginting selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik Usu.

5. Bapak Ir. Eddy Warman selaku dosen wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

6. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai dan Bapak Rahmad fauzi ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU.

7. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada saya dan seluruh Pegawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.

8. Buat asisten Laboratorium Konversi Bang Roy, Martua , Taufiq dan Iqbal, yang telah banyak membantu penulis dalam pengambilan data pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU.

9. Sahabat-sahabat kampus ku, Hans Verdian Kimin ( terima kasih banyak atas segala dukungan nya), Ferry Nasution , Yudi Ananta Rangkuti, Indah Permatasari, Mbak Titin Destiarini , Mas Bakti Mulyoso, Ikhsanuddin , Nuel, Mancon ( Laki – laki berutung ), Sabjan, David ( Senasib saat menunggu ) , Mestika, , Hotman, Lyano, Bernard, dan tak bisa ku sebutkan satu persatu . Thanks 4 All.

10.Ria Gym, Bang Kamal dan Bang Amin Sekeluarga.

11.Sahabat – sahabat ku di kampunk 165 , AllPatrazz ( Fubarrzz !! ),Inyonk balboa, Andriani”rie” Syafitri ( yang membuat segala nya berbeda dan be”rasa” …yg gak pernah bosan menanyakan kapan aku tamat ), Rajab, Randi , brojenk , bank’s Bowo, Eko Kurniawan ( aku bangga berteman dengan kalian ), Kampunk.net( tempat perang) Wando,Roni (Sekjen dan Bendum Fosma ) , Azka, Eka, Atche

(6)

( Headshot !! ) dan seluruh pengurus Fosma Wilayah Sumut dan alumni Politeknik Caltex Riau yang selalu berikan inspirasi. Terima kasih doa dan semangat kalian.

12.Serta semua abang-abang senior dan adik-adik junior yang telah mau barbagi ilmu dan pengalaman kepada penulis.

Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Dan hanya kepada Allah SWT-lah saya menyerahkan diri.

Medan, Febuari 2010

Penulis,

Abdul Rachman Hakim Nst 060422012

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK .. ...i

KATA PENGANTAR … ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR .. ... ix

DAFTAR TABEL .. ... xii

DAFTAR GRAFIK .. ... xiii

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang .. ... 1

I.2. Rumusan Masalah .. ... 1

I.2. Tujuan Penelitian ... 2

I.3. Batasan Masalah .. ... 2

I.4. Metode Penulisan .. ... 2

I.5. Sistematika Penulisan .. ... 3

BAB II DASAR TEORI II.1. Mesin Arus Searah .. ... 4

II.1.1. Prinsip Kerja .. ... 4

II.1.2. Konstruksi Motor Listrik Arus Searah .. ... 6

II.1.3. Bagian – Bagian Motor dan Fungsinya .. ... 7

A ) Badan Motor Listrik .. ... 7

(8)

C ) Sikat - sikat .. ... 8

D ) Komutator .. ... 8

E ) Jangkar .. ... 8

II.2. Motor DC Shunt .. ... 9

II.2.1. Karakteristik Motor Shunt...11

II.3. Metode pengaturan kecepatan motor arus searah .. ... 13

II.3.1. Metode pengaturan flux .. ... 12

II.3.2. Metode pengaturan tahanan jangkar ( Ra ) .. ... 12

II.3.2.1. Dengan menambahkan tahanan seri pada tahanan jangkar...14

II.3.2.2. Dengan menambahkan tahanan seri dan paralel pada tahanan jangkar...15

II.3.3. Metode pengaturan tegangan.. ... 16

II.4. Rugi – rugi pada motor arus searah .. ... 16

II.4.1. Rugi tembaga .. ... 17

II.4.2. Rugi sikat ... 18

II.4.3. Rugi inti .. ... 19

II.4.3.1. Rugi hysterisis ………...19

II.4.3.2. Rugi arus pusar……….20

II.4.4. Rugi mekanis………....22

II.4.5. Rugi beban stray………...23

II.5. Efisiensi motor arus searah .. ... 23

II.5.1. Jenis – jenis efisiensi motor arus searah………..24

(9)

BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

III.1. Umum .. ... 26

III.2. Peralatan pengujian .. ... 26

III.3. Spesifikasi motor .. ... 26

III.4. Rangkaian motor dc shunt .. ... 27

III.5. Rangkaian pengujian .. ... 28

III.6. Prosedur pengujian .. ... 30

III.7. Data percobaan .. ... 31

BAB IV ANALISA DATA IV.1. Analisa data pengujian .. ... 33

IV.1.1. Analisa penambahan tahanan jangkar pada motor dc shunt .. ... 33

IV.1.2. Analisa penambahan tahanan terhubung paralel terhadap tahanan jangkar sebagai kompensasi untuk perubahan yang di akibatkan oleh penambahan Rs pada motor dc shunt .. ... 38

IV.1.3. Perhitungan efisiensi motor dc shunt .. ... 43

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan .. ... 55

V.1. Saran ... 55

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Prinsip kerja motor dc .. ...4

Gambar 2. Arah arus dan gaya ...5

Gambar 3. Gaya dalam medan magnet .. ...5

Gambar 4. Konstruksi dalam motor arus searah .. ...5

Gambar 5. Konstruksi letak kutub motor arus searah .. ...7

Gambar 6. Konstruksi jangkar.. ...9

Gambar 7. Motor shunt .. ...9

Gambar 8. Rangkaian listrik motor shunt .. ...9

Gambar 9.a Rangkaian motor dc shunt .. ...11

Gambar 9.b Kurva karakteristik Ta = f ( Ia ) .. ...11

Gambar 10.a Kurva karakteristik n/Ia .. ...12

Gambar 10.b Kurva karakteristik n/Ta .. ...12

Gambar 11. Metode pengaturan flux.. ...14

Gambar 12. Metode pengaturan tahanan jangkar .. ...15

Gambar 13. Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub .. ...20

Gambar 14.a Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat .. ...21

Gambar 14.b Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi .. ...21

Gambar 15. Potongan laminasi inti jangkar ...21

Gambar 16. Rugi – rugi pada motor arus searah .. ...23

Gambar 17. Rangkaian motor dc shunt dengan tahanan terhubung seri dengan tahanan jangkar motor dc shunt ( Rs ) .. ...27

Gambar 18. Rangkaian motor dc shunt dengan tahanan terhubung seri dengan tahanan jangkar motor dc shunt ( Rs ) dan tahanan yang terhubung paralel dengan tahanan jangkar ( Rp ) motor dc shunt .. ...27

(11)

Gambar 19. Rangkaian jangkar motor dc shunt … ...28 Gambar 20. Rangkaian medan motor dc shunt .. ...28 Gambar 21. Rangkaian motor dc shunt dengan penambahan beban tahanan Rs

dan dengan beban generator.. ...29 Gambar 22. Rangkaian motor dc shunt dengan penambahan tahanan Rs , Rp

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Nilai konvesioanal rugi gesek sikat dengan komutator … ...19

Tabel 2. Saat penambahan Rs dengan Vt = 220 Volt , Im dan beban konstan … ...31

Tabel 3. Saat penambahan Rp dengan Vt = 220 Volt , Rs = 25 Ohm, Im dan beban konstan …...31

Tabel 4. Saat penambahan Rp dengan Vt = 220 Volt , Rs = 20 Ohm, Im dan beban konstan …...32

Tabel 5. Saat penambahan Rp dengan Vt = 220 Volt , Rs = 15 Ohm, Im dan beban konstan …...32

Tabel 6. Nilai C x Ф yang lain dengan nilai Ia yang berbeda ...33

Tabel 7. Nilai C x Ф yang lain dengan nilai Ia yang berbeda ...34

Tabel 8. Nilai C x Ф yang lain dengan nilai Ia yang berbeda ...34

Tabel 9. Nilai C x Ф yang lain dengan nilai Ia yang berbeda ...35

Tabel 10. Perhitungan teori pengaruh tahanan Rs terhadap kecepatan motor dc shunt ...37

Tabel 11. Perhitungan teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs = 25 ohm terhadap kecepatan motor dc shunt...39

Tabel 12. Perhitungan teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs = 20 ohm terhadap kecepatan motor dc shunt...40

Tabel 13. Perhitungan teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs = 15 ohm terhadap kecepatan motor dc shunt...42

Tabel 14. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rs ...51

(13)

Rs = 25 ohm ...52 Tabel 16. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan

Rs = 20 ohm ...53 Tabel 17. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan

(14)

DAFTAR GRAFIK

Garfik 1. Pengaruh pnambahan tahanan Rs terhadap kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian ...37 Garfik 2. Pengaruh pnambahan tahanan Rs dengan nilai Rs = 25 ohm terhadap

kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian ...39 Garfik 3. Pengaruh pnambahan tahanan Rs dengan nilai Rs = 20 ohm terhadap

kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian ...41 Garfik 4. Pengaruh pnambahan tahanan Rs dengan nilai Rs = 15 ohm terhadap

kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian ...42 Garfik 5. Pengaruh pnambahan tahanan Rs terhadap efisiensi motor dc shunt ...52 Garfik 6. Pengaruh pnambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 25 ohm terhadap efisiensi motor dc shunt ...53 Garfik 7. Pengaruh pnambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 15 ohm terhadap efisiensi motor dc shunt ...54

(15)

ABSTRAK

(16)

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Suatu mesin listrik berfungsi sebagai motor listrik apabila terjadi proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik di dalamnya. Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih banyak digunakan pada pabrik-pabrik yang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang memiliki banyak variasi.

Secara umum ada tiga metode pengaturan yang sering digunakan untuk mengatur kecepatan motor yaitu pengaturan arus medan ( fielt current control ), pengaturan tahanan rangkaian jangkar ( Armatur circuit resistance control ), pengaturan tegangan terminal jangkar ( Armatur terminal voltage control ).

Dengan adanya beberapa metode pengaturan kecepatan tersebut maka ada beberapa komponen yang akan diubah atau ditambahkan ke motor dc sehingga terjadi perubahan dari beberapa besaran yang ada pada motor dc tersebut salah satunya yaitu nilai effisiensi dari motor dc .

Maka dalam tugas akhir ini penulis akan meneliti “Pengaruh Metode pengaturan kecepatan motor dc menggunakan pengaturan tahanan jangkar ( Ra ) terhadap effisiensi motor dc shunt.”

1.2Rumusan Masalah

1. Mengaplikasikan pengaturan kecepatan motor menggunakan pengaturan tahanan rangkaian jangkar pada motor dc shunt.

2. Mendapatkan kesimpulan dari pengaruh kecepatan motor menggunakan pengaturan tahanan jangkar terhadap effisiensi motor dc shunt.

(17)

1.3Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari Penelitian ini adalah mengamati dan mengetahui pengaruh pengaturan kecepatan motor dc menggunakan pengaturan tahanan jangkar (Ra) terhadap effisiensi motor dc shunt. Maka dengan itu kita dapat melihat perubahan nilai effisiensi akibat adanya beberapa besaran tahanan pada motor yang berubah dari penggunaan pengaturan kecepatan motor tersebut.

1.4. Batasan Masalah

Penelitian ini hanya akan membahas dan mengetahui seberapa besar pengaruh metode pengaturan kecepatan motor dc menggunakan pengaturan tahanan jangkar terhadap effisiensi motor dc shunt.

1.5Metode Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah : 1. Study literatur

Penulis mengumpulkan berbagai literatur untuk mendapatkan dasar-dasar pembahasan yang jelas serta teori-teori yang berhubungan dengan tugas akhir ini.

2. Diskusi

Penulis mendapatkan bimbingan dari dosen pembimbing serta diskusi dengan rekan rekan mahasiswa.

3. Percobaan dan pengambilan data .

Penulis membuat simulasi rangkaian percobaan sesuai dengan judul tugas akhir ini , agar lebih mudah dalam penganalisaannya dan tampak hasilnya

(18)

1.6Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan gambaran menyeluruh tentang apa yang diuraikan dalam tugas Akhir ini, yaitu pembahasan tentang latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Bab ini berisi tentang prinsip kerja motor arus searah jenis shunt beserta bagian dan fungsi setiap bagian nya, karakteristik motor dc shunt , metode - metode pengaturan kecepatan motor searah dan rugi – rugi serta effisiensi pada motor dc.

BAB III : PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

Bab ini membahas tentang subjek penelitian, tempat dan waktu penelitian, spesifikasi perangkat penelitian, konfigurasi sistem, perancangan interface sistem, persiapan pengujian, dan pengujian sistem.

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA

Bab ini membahas tentang pengujian dan analisa terhadap pengaruh penggunaan metode yang akan digunakan pada penelitian ini.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari aplikasi yang dirancang.

(19)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Mesin arus searah 2.1.1. Prinsip kerja

Motor listrik arus searah merupakan suatu alat yang berfungsi mengubah daya listrik arus searah menjadi daya mekanik. Motor listrik arus searah mempunyai prinsip kerja berdasarkan percobaan Lorents yang menyatakan.“Jika sebatang penghantar listrik yang berarus berada di dalam medan magnet maka pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk suatu gaya”.Gaya yang terbentuk sering dinamakan gaya Lorents. Untuk menentukan arah gaya dapat digunakan kaidah tangan kiri Flemming atau kaidah telapak tangan kiri. Gambar 1 melukiskan konstruksi kaidah tangan kiri Flemming.

Jika ibu jari, jari tengah dan jari telunjuk disusun seperti gambar 1, garis gaya magnet sesuai dengan arah jari telunjuk, arus yang mengalir pada penghantar searah dengan jari tengah maka, gaya yang terbentuk pada kawat penghantar akan searah dengan arah ibu jari. Jika digunakan kaidah telapak tangan kiri, maka didalam menentukan arah gaya dapat dikerjakan sebagai berikut : “Telapak tangan kiri direntangkan sedemikian rupa sehingga ibu jari dengan keempat jari yang lain saling tegak lurus. Jika garis gaya magnet menembus tegak lurus telapak tangan, arah arus sesuai dengan arah keempat jari tangan, maka ibu jari akan menunjukkan arah gaya yang terbentuk pada kawat

(20)

penghantar. Hubungan antara garis gaya magnet, arah arus dan gaya yang terbentuk pada kawat penghantar dapat dilukiskan seperti gambar 2.

Gambar 2. Arah arus dan gaya

Untuk dua buah penghantar yang berarus seperti gambar 3 berada dalam medan magnet maka pada masing-masing kawat akan timbul suatu gaya.

Gambar 3. Gaya dalam medan magnet

Gambar 4.

(21)

Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar (l). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar.

Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B) maka besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah :

F = B . I . l Newton ... (1) di mana :

F = Gaya yang terbentuk pada penghantar (Newton) I = Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) B = Kerapatan fluksi (Weber/m2)

l = Panjang konduktor jangkar (m)

2.1.2. Konstruksi Motor Listrik Arus Searah

Gambar 5 melukiskan konstruksi bagian yang terpenting dari sebuah motor listrik arus searah kutup dua dan kutub empat. Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua :

a. Stator (bagian yang diam) b. Rotor (bagian yang berputar)

Untuk bagian yang diam (stator) dalam motor listrik arus searah terdiri atas badan (body), inti kutub magnet dan sikat-sikat. Sedangkan untuk bagian rotornya adalah komutator, jangkar dan lilitan jangkar.

(22)

Gambar 5.

Konstruksi letak kutub motor arus searah

2.1.3. Bagian-bagian Motor dan Fungsinya

a. Badan Motor listrik

Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya. Pada badan motor 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. Selain papan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempat ujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar. Ujung-ujung lilitan jangkar ini tidak langsung dari lilitan jangkar tetapi merupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar yang melalui komutator dan sikat-sikat. Dengan adanya kotak hubung akan memudahkan dalam pergantian susunan lilitan penguat magnet dan memudahkan pemeriksaan kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan penguat tanpa membongkar mesin.

(23)

b. Inti kutub magnet dan lilitan penguat magnet

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsip elektromagnetis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik sebagai terjadinya proses elektromagnetis. Letak bagian ini dapat di lihat pada gambar 4.

c. Sikat-sikat

Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutatorkomutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

d. Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya mempunyai dua bagian yaitu :

1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutator dengan sikat-sikat.

2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.

e. Jangkar

Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan. Seperti halnya pada inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (Edy current). Bahan yang digunakan jangkar ini sejenis campuran baja silikon.

(24)

-V_t _E

R_a I_a I_L

-R_sh I_sh

Gambar 6 . Konstruksi Jangkar

2.2. Motor dc shunt

Motor shunt, motor penguat sendiri di mana lilitan penguat magnetnya dihubungkan paralel dengan lilitan jangkar atau dihubungkan langsung dengan sumber tegangan dari luar.

Hal ini dapat di lihat pada gambar 7 dan gambar 8 seperti di bawah ini.

Gambar 7. Motor Shunt

Gambar 8.

(25)

Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah:

Vt = Ea + ( Ia x Ra ) ... (2)

I

₌

sh t

R

V

... (3)

IL = Ia + Ish ... (4) dimana :

Vt = Tegangan jepit / tegangan masukan ke motor (Volt) Ea = Gaya gerak listrik induksi (volt)

Ia = Arus jangkar (Ampere) Ra = Tahanan Jangkar (Ohm)

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

IL = arus dari jala – jala (Ampere)

Jika persamaan di atas dikalikan dengan Ia, kita peroleh :

Vt Ia = Ea Ia + Ia2Ra ...(5)

Persamaan ini dikenal dengan persamaan daya motor DC penguatan shunt. Dimana, Vt Ia = daya listrik yang diberikan ke jangkar (daya masukan jangkar)

Ea Ia = daya yang dibangkitkan oleh jangkar (daya keluaran jangkar) Ia2Ra = daya listrik yang terbuang di dalam jangkar (rugi tembaga jangkar)

(26)

Ea+

-Vt Ra

Ia I

R L

I_sh

Dengan demikian diketahui bahwa dari keluaran daya masukan jangkar sebagian kecil terbuang sebagai rugi tembaga jangkar (Ia2Ra) dan sebagian lainnya (EaIa) dikonversikan menjadi energi mekanis di dalam jangkar.

2.2.1. Karakteristik Motor Shunt

Gambar 9 (a) menunjukkan rangkaian listrik dari suatu motor DC shunt. Arus medan Ish besarnya konstan karena kumparan medan langsung terhubung dengan tegangan sumber Vt yang dianggap konstan. Oleh karena itu fluksi di dalam motor shunt hampir dapat dikatakan konstan.

(a) (b)

Gambar 9. (a) Rangkaian Motor DC Shunt, dan (b) Karakteristik Ta/Ia

(i) Karakteristik Ta/Ia.

Telah diketahui bahwa di dalam motor DC, Ta ~ Φ Ia

Karena motor beroperasi dari suatu tegangan sumber yang konstan, fluksi Φ juga konstan (dengan mengabaikan reaksi jangkar). Maka,

Ta ~ Ia

Dengan demikian karakteristik Ta/Ia motor DC shunt merupakan garis lurus yang melalui titik asal seperti ditunjukkan pada Gambar 9 (b). Torsi poros (Tsh) kurang dibandingkan Ta dan ditunjukkan oleh garis putus-putus. Jelas terlihat pada

(27)

kurva bahwa arus yang sangat besar dibutuhkan untuk menstart beban yang berat. Oleh karena itu, motor DC shunt tidak boleh distart dalam keadaan berbeban berat.

(ii)Karakteristik n/Ia

Kecepatan motor DC diberikan dengan Persamaan (9), sehingga diperoleh,

n ~ 

Fluksi Φ dan GGL lawan Ea di dalam motor DC shunt hampir konstan di bawah kondisi normal. Dengan demikian, kecepatan motor DC shunt selalu konstan walaupun arus jangkar berubah-ubah nilainya. Dengan kata lain, ketika beban bertambah, Ea = (Vt - (IaRa)) dan Φ berkurang karena drop tahanan jangkar dan reaksi jangkar. Bagaimanapun, Ea berkurang lebih sedikit daripada Φ sehingga dengan demikian kecepatan motor menurun sedikit dengan pertambahan beban (garis AC) seperti terlihat pada Gambar 10 (a).

(iii) Karakteristik n/Ta.

Suatu kurva diperoleh dengan menggambarkan nilai n dan Ta untuk berbagai arus jangkar {lihat Gambar 10 (b)}. Dapat dilihat bahwa kecepatan agak menurun seiring dengan pertambahan beban.

(a) (b) Gambar 10. Kurva Karakteristik n/Ia (a) dan Karakteristik n/Ta (b)

(28)

Kesimpulan : Berikut dua buah kesimpulan yang penting yang diperoleh dari karakteristik di atas, yaitu :

(i) Terdapat sedikit penurunan kecepatan motor DC shunt dari kondisi tanpa beban sampai beban penuh. Dengan demikian, dapat dianggap sebagai motor kecepatan konstan.

(ii) Torsi startnya tidak tinggi karena Ta ~ Ia.

2.3. Metode pengaturan kecepatan motor arus searah

Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor DC berlaku persamaan : Ea = Vt – IaRa………..……...(6)

Dimana Ea =

A 60 n Z P ………...(7) Sehingga A 60 n Z P

= Vt – IaRa………...…….……(8)

Atau n =





A R I V_t a a 60



 _...(9)

Atau n = K







 a a

t IR

di mana K = PZ

A 60

...(10)

Tetapi Vt – IaRa = Ea

Maka n = K



...(11)

Atau n ~



Dimana :

T = torsi (Newton – meter)

K = konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor)  = fluksi setiap kutub (Weber)

(29)

6 (a) 6 (b) P = jumlah kutub

Z = jumlah konduktor A = cabang paralel

Dengan demikian di dalam motor DC , kecepatan berbanding lurus dengan GGL balik Ea dan berbanding terbalik dengan fluks per kutub Φ.

Kecepatan motor DC shunt dapat diubah-ubah dengan : 2.3.1. Metode Pengaturan Flux

Metode ini didasarkan atas kenyataan bahwa dengan mengubah flux Φ, kecepatan motor (n ~ 1/ Φ) dapat diubah, sehingga metode ini disebut metode pengaturan flux. Di dalam metode ini, tahanan variabel (rheostat) dihubungkan secara seri dengan belitan medan shunt seperti terlihat pada gambar (11a) dibawah ini.

Gambar (11)

Rheostat medan shunt menghasilkan arus medan shunt Ish dan juga flux Φ. Oleh karena itu, kita dapat menaikkan kecepatan motor diatas kecepatan normalnya {lihat gambar (11b)}. Pada umumnya, metode ini mengijinkan untuk menaikkan kecepatan dalam rasio 1 : 3. Apabila kita menaikkan kecepatan hingga diatas rasio tersebut, maka kemungkinan terjadi ketidakstabilan pada motor dan juga komutasi yang buruk.

2.3.2. Metode Pengaturan Tahanan Jangkar

2.3.2.1. Dengan menambahkan tahanan seri pada tahanan jangkar

Metode ini berdasarkan bahwa dengan mengubah tegangan dapat mempengaruhi besar kecilnya kecepatan motor. Hal ini dilakukan dengan

(30)

12 (a) 12 (b)

memasukkan tahanan variabel Rs(tahanan geser yang ) secara seri dengan tahanan jangkar seperti ditunjukkan pada gambar (12a) di bawah ini.

Gambar (12) Dimana : n ~ Vt – Ia (Ra + Rs)

Rs adalah tahanan geser (Ohm)

Dikarenakan terjadinya penurunan tegangan pada tahanan geser, maka GGL balik Ea menjadi berkurang. Ketika n ~ Ea, kecepatan motorpun akan berkurang. Kecepatan maksimum dapat diperoleh ketika Rs = 0.

Oleh karena itu, metode ini hanya untuk kecepatan di bawah kecepatan normalnya {lihat gambar (12b)}.

2.3.2.2. Dengan penambahan tahanan Rs yang terhubung terhadap jangkar dan tahanan Rp yang paralel terhadap jangkar.

Metode ini merupakan variasi pengaturan kecepatan motor dc dengan metode sebelum nya yaitu penambahan tahanan Rs yang seri terhadap tahanan jangkar hanya saja ada penambahan dengan di paralel kan nya tahanan Rp yang paralel terhadap tahanan jangkar.

(31)

2.3.3. Metode Pengaturan Tegangan

Dalam metode ini, sumber tegangan supply arus medannya berbeda dengan sumber tegangan supply jangkarnya. Metode ini menghindari kerugian-kerugian dari pengaturan kecepatan yang buruk dan efesiensi yang tidak baik, seperti pada pengaturan tahanan jangkar. Bagaimanapun, metode ini sangat mahal. Oleh karena itu, metode pengaturan kecepatan ini diperbolehkan untuk kapasitas motor yang besar dimana efesiensi motor sangat perlu diperhatikan.

Dalam metode ini, medan shunt motor dihubungkan langsung secara permanen ke sumber tegangan tertentu, sedangkan jangkar dihubungkan langsung pada beberapa tegangan yang berbeda melalui sebuah switchgear. Dengan cara ini, tegangan yang akan diberikan pada jangkar dapat diubah-ubah. Kecepatan akan sebanding dengan tegangan yang diberikan pada jangkar tersebut. Kecepatan diubah-ubah dengan sebuah pengaturan medan shunt.

2.4. Rugi - rugi pada motor arus searah.

Kerugian adalah berhubungan dengan selisih antara daya sebenarnya yang diberikan pada mesin dan daya yang diasilkan oleh mesin tersebut.

Input - Output = Rugi-rugi

Rugi-rugi yang terjadi pada mesin listrik seperti halnya generator atau motor terbagi dalam tiga kelompok utama yaitu Rugi tembaga, rugi besi serta rugi gesekan dan celah udara. Semua kerugian ini menghasilkan panas pada beberapa bagian mesin. Hal ini memerlukan daya yang cukup besar yang harus diberikan pada mesin. Rugi-rugi yang terjadi di dalam motor DC dapat dibagi ke dalam lima kategori dasar yaitu :

1. Rugi-Rugi Tembaga (Rugi I2R) 2. Rugi-Rugi Sikat

(32)

3. Rugi-Rugi Inti 4. Rugi-Rugi Mekanis 5. Rugi-Rugi Beban Stray

2.4.1. Rugi-Rugi Tembaga (I2R)

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 Rf dan Ra, maka jika mengalir arus DC sebesar If dan Ia akan menyebabkan kerugian daya yang dihitung dengan persamaan :

Pa = Ia2Ra………...………...….……(12) dan

Pf = If2Rf………..…..……....……(13) Di mana : Pa = rugi tembaga kumparan jangkar

Pf = rugi tembaga kumparan medan

Ia = arus jangkar Ra = resistansi jangkar If = arus medan Rf = resistansi medan

Besarnya resistansi kumparan medan dan kumparan jangkar dapat diukur langsung dengan ohmmeter atau dengan metode volt-amperemeter. Di mana dalam pengukuran resistansi kumparan medan dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada terminal kumparan medan sedemikian rupa sehingga mengalir arus medan sebesar arus nominalnya. Nilai arus dan tegangan diukur sehingga diperoleh nilai resistansi kumparan medan sebesar Rf = Vfdc/Ifdc.

Sedangkan untuk mengukur tahanan jangkar dengan metode volt-amperemeter dilakukan dengan memberikan tegangan DC pada komutator yang berada tepat di bawah sikat-sikat yang polaritasnya berbeda sedemikian rupa sehingga mengalir arus

(33)

jangkar sebesar arus beban penuhnya dengan jangkar dalam kondisi ditahan/diblok. Nilai tegangan

dan arus diukur sehingga diperoleh nilai resistansi jangkar sebesar Ra = Vadc/Iadc.

Namun perlu diperhatikan bahwa di dalam perhitungan rugi-rugi tembaga jangkar, nilai resistansi jangkar yang dimasukkan ke dalam perhitungan biasanya sudah mencakup nilai resistansi sikat dan tahanan kontak sikat. Sehingga dalam pengukuran resistansi jangkar dengan ohmmeter ataupun dengan metode volt-amperemeter biasanya tegangan DC diberikan langsung pada terminal jangkar yang ditarik dari sikat-sikatnya.

2.4.2. Rugi-Rugi Sikat

Jika kumparan jangkar motor DC dialiri arus listrik DC maka sikat-sikatnya juga akan dialiri arus yang sama. Karena sikat memiliki nilai resistansi sikat dan juga tahanan kontak antara permukaan sikat dengan komutator maka terdapat rugi jatuh tegangan pada sikat yang dinyatakan dengan Vbd. Jatuh tegangan sikat ini menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya sebesar :

Pbd = Vbd.Ia………...……….(14) Dimana : Pbd = rugi daya akibat jatuh tegangan sikat Ia = arus jangkar

Vbd = jatuh tegangan sikat

Besarnya nilai jatuh tegangan sikat-sikat pada motor DC hampir konstan dalam rentang arus jangkar yang besar. Dengan demikian, telah dibuat ketetapan untuk jatuh tegangan sikat ini sebagai berikut :

Sikat-sikat grafit dan karbon, terpasang paralel…………..1 Volt

Sikat-sikat grafit dan karbon, tidak terpasang paralel…….1 2 1

Volt

Sikat-sikat logam grafit, terpasang paralel…………..…... 4 1

(34)

Nilai jatuh tegangan sikat ini dianggap sama untuk setiap arus beban dalam perhitungan efisiensi motor.

Selain rugi jatuh tegangan, terdapat juga rugi sikat yang lain berupa rugi-rugi gesek antara permukaan sikat dengan komutator. Rugi gesek sikat ini sangat kecil sehingga selalu diabaikan dalam perhitungan rugi-rugi motor DC. Pengalaman telah menunjukkan bahwa dari pengujian gesekan sikat yang dibuat di pabrik sebelum permukaan sikat dan komutator menjadi halus karena pengoperasian mesin yang terus menerus, diperoleh hasil yang bervariasi. Namun dari seluruh hasil pengujian tersebut ditetapkan suatu nilai konvensional gesekan sikat tersebut, yang menunjukkan nilai rata-ratanya sebagai berikut :

Tabel 1. Nilai Konvensional Rugi Gesek Sikat Dengan Komutator

Jenis sikat

Watt per kuadrat inchi dari suatu permukaan kontak sikat

per 1000 ft per menit pada permukaan luar komutator Sikat-sikat karbon dan grafit 8 Watt

Sikat-sikat logam grafit 5 Watt

(Sumber : Chester L Dawes, “Electrical Engineering : Direct Current”)

2.4.3. Rugi-Rugi Inti

Rugi-rugi inti terjadi di dalam jangkar motor DC yang disebabkan oleh perputaran jangkar di dalam medan magnet kutub-kutubnya. Ada dua jenis rugi-rugi inti yaitu (1) rugi hysteresis dan (2) rugi arus pusar.

2.4.3.1. Rugi Hysteresis

Rugi hysteresis terjadi di dalam jangkar mesin DC karena setiap bagian jangkar dipengaruhi oleh pembalikan medan magnetik sebagaimana bagian tersebut lewat di bawah kutub-kutub yang berurut.

(35)

Gambar 13. Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub

Gambar 13 menunjukkan jangkar yang berputar di dalam motor dua kutub. Dengan menganggap ab sebagai potongan kecil dari jangkar. Ketika potongan ab berada di bawah kutub N, garis-garis magnetik lewat dari a ke b. Setengah perputaran selanjutnya, dari potongan besi yang sama berada di bawah kutub S dan garis-garis magnetik lewat dari b ke a sehingga sifat magnet di dalam besi dibalik.

Untuk dapat membalik molekul-molekul magnet secara terus menerus di dalam inti jangkar, sejumlah daya diserap sehingga menyebabkan pemanasan pada inti jangkar. Daya yang diserap dan berubah menjadi panas tersebut dianggap sebagai rugi-rugi di dalam inti jangkar dan disebut sebagai rugi hysteresis

Untuk dapat mengurangi rugi-rugi hysteresis ini di dalam motor DC, inti jangkar di buat dari bahan ferromagnetik yang memiliki koefisien hysteresis Steinmentz yang kecil seperti baja silikon.

2.3.4.2. 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 14. Ini disebut sebagai arus pusar (eddy current) dan daya yang hilang karena alirannya disebut dengan rugi arus pusar.

(36)

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.

Gambar 14. (a) Arus pusar di dalam inti jangkar yang padat (b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi

Resistansi inti dapat ditingkatkan dengan merancang suatu inti yang tipis, berupa lembaran-lembaran besi bulat yang disebut laminasi-laminasi (lihat gambar 15).

Gambar 15. Potongan laminasi inti jangkar

Laminasi-laminasi tersebut diisolai antara satu dengan yang lainnya dengan suatu pembungkus varnish. Pembungkusan dengan isolasi ini akan menghasilkan isolasi yang tinggi, sehingga arus yang mengalir dari satu laminasi ke laminasi

(37)

lainnya menjadi sangat kecil. Juga, karena setiap laminasi dibuat sangat tipis, resistansi terhadap arus yang mengalir melalui lebar laminasi juga semakin besar.

Dengan demikian, pelaminasian inti dapat meningkatkan resistansi inti yang pada akhirnya akan mengurangi arus pusar dan juga rugi-rugi yang ditimbulkannya.

2.4.4. Rugi-Rugi Mekanis

Rugi-rugi mekanis di dalam motor DC merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan efek-efek mekanis. Ada dua bentuk dasar rugi-rugi mekanis di dalam motor DC yaitu gesekan dan angin.

Rugi-rugi gesekan adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara permukaan bagian-bagian yang berputar dengan bagian-bagian yang diam dari motor, diantaranya gesekan bearing atau bantalan peluru dengan rumah bearing atau dengan as rotor. Juga gesekan antara permukaan sikat dengan 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 DC tersebut.

Selain itu, panas yang ditimbulkan akibat pergesekan antara permukaan tersebut jika motor berputar juga merupakan rugi-rugi yang perlu dipertimbangkan. Oleh karena itu diperlukan usaha untuk memperkecil rugi-rugi gesek tersebut dengan membuat permukaan sikat yang halus serta penggunaan bearing dengan minyak pendingin yang dipompakan untuk motor DC yang besar.

Sedangkan rugi-rugi angin adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pergesekan antara bagian-bagian motor yang berputar dengan udara di dalam rumah (casing)

(38)

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.

2.4.5. Rugi-Rugi Beban Stray

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 motor DC, besarnya rugi-rugi beban stray dinyatakan sebesar ± 1% dari beban penuh.

2.5. Efisiensi motor arus searah

Efisiensi biasanya dinyatakan sebagai persentase perbandingan atara output terhadap input.

% η =  



Daya output mesin lebih kecil dari daya input karena ada kerugian daya.

Input = Output + Rugi-rugi atau Output = Input + Rugi-rugi

Dari gambar 16 dapat dilihat bahwa:

Gambar 16.

(39)

2.5.1. Jenis-Jenis Efisiensi Motor Arus Searah

Efisiensi motor DC merupakan perbandingan antara daya keluaran dengan daya masukan yang dinyatakan dalam persen (%) dari motor DC tersebut. Ini dinyatakan dengan persamaan :

Efisiensi, η = x100%

P P

in out

…...………..(15)

dimana, Pin = Daya Masukan Pout = Daya Keluaran

Efisiensi yang dinyatakan dalam persamaan di atas disebut pula sebagai efisiensi komersial atau efisiensi keseluruhan. Selain itu dalam motor DC dikenal juga dua macam efisiensi lainnya, yaitu :

1. Efisiensi Mekanis

ηm = x100% P

konversi out

………...….……(16)

di mana : Pout = Tshaft x ω Pkonversi = Ea x Ia

Pkonversi adalah daya yang dibangkitkan pada kumparan jangkar. 2. Efisiensi Elektris

ηe = in konversi

P P

x 100%...(17)

di mana : Pin = V x IL

Dari persamaan-persamaan di atas terlihat bahwa :

(40)

2.5.2 Penentuan Efisiensi Motor Arus Searah

Daya masukan yang diterima oleh motor DC berupa daya listrik, sedangkan daya keluaran yang dihasilkannya berupa daya mekanik yaitu gerak rotor, sedangkan selisih antara daya masukan dengan daya keluaran motor disebut rugi-rugi. Dengan demikian, efisiensi suatu motor DC diperoleh dengan :

x 100%

Masukan Daya

Keluaran Daya

Efisiensi ... (19)

Karena, Daya Keluaran = Daya Masukan – Σ Rugi – Rugi ... (20) dan, Daya Masukan = Daya Keluaran + Σ Rugi – Rugi ... (21)

Maka, efisiensi motor DC dapat juga ditunjukkan dalam bentuk sebagai berikut :

Masukan Daya

R -Masukan Rugi ugi Daya

Efisiensi  ... (22)

Rugi -ugi Keluaran Daya Keluaran Daya R Efisiensi  

 ... (23)

Metode yang paling nyata/jelas dalam menentukan efisiensi motor DC adalah membebaninya langsung dan mengukur daya masukan dan keluarannya. Maka kita dapat menggunakan persamaan (21) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Namun metode ini harus memperhatikan tiga hal utama. Pertama, metode ini membutuhkan pembebanan pada motor. Kedua, untuk motor-motor dengan rating daya yang besar, beban-beban yang dibutuhkan tidak mungkin diperoleh. Ketiga, bahkan lebih mustahil untuk memberikan beban yang sedemikian rupa, karena daya yang besar akan terbuang, menjadikan metode ini sangat mahal.

(41)

BAB III

Perancangan dan Implementasi

3.1. Umum

Untuk mengatur kecepatan motor dc shunt ada beberapa cara yang dapat di gunakan , salah satu nya adalah dengan menambahkan tahanan yang terhubung seri (Rs) dan tehubung paralel (Rp) terhadap tahanan jangkar motor dc shunt. Dengan penambahan tahanan (Rs) seri pada jangkar dan tahanan (Rp) paralel pada jangkar motor dc shunt tersebut berpengaruh tehadap efisiensi motor dc shunt.

Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui seberapa besar pengaruh penambahan tahanan Rs dan Rp tersebut terhadap efisiensi motor dc shunt.

3.2. Peralatan Pengujian

- 2 Unit Mesin DC shunt tipe Gf 110 / 140 - 2 Unit PTDC

- 6 Unit Multi meter digital - 3 Unit tahanan geser.

3.3. Spesifikasi Motor

Type ; GF 110 / 140 Ia ; 9,1 Ampere Pout ; 2 KW Im ; 0,64 Ampere V ; 220 Volt n ; 1500 rpm

(42)

M

Rf Ia

M

3.4. Rangkaian motor dc shunt :

Ada 2 macam pengaturan kecepatan motor dc dengan pengaturan tahanan jangkar yang di cobakan :

1. Dengan penambahan tahanan ( Rs ) terhubung seri dengan tahanan jangkar pada motor dc shunt.

Gambar 17. Rangkaian motor dc shunt dengan tahanan terhubung seri dengan tahanan jangkar motor dc shunt ( Rs )

2. Dengan penambahan tahanan ( Rs ) terhubung seri dan dengan penambahan tahanan ( Rp ) terhubung paralel dengan tahanan jangkar pada motor dc shunt.

Gambar 18. Rangkaian motor dc shunt dengan tahanan terhubung seri dengan tahanan jangkar motor dc shunt ( Rs ) dan tahanan yang terhubung paralel dengan tahanan jangkar ( Rp ) motor dc shunt.

(43)

M

Ra Ia

Rf Im

V 3.5. Rangkaian pengujian

a. Untuk mengetahui nilai ra dari motor dc shunt

Gambar 19. Rangkaian Jangkar motor dc shunt

v = 10 Volt ia = 3,5 A

maka Ra = 10 / 3,5 = 2,86 Ohm

b. Untuk mengetahui nilai Rf dari motor dc shunt

Gambar 20. Rangkaian medan motor dc shunt

v = 10 Volt Im = 0,03 A

(44)

c. Dengan penambahan Rs yang terhubung seri terhadap jangkar motor dc shunt.

Gambar 21. Rangkaian motor dc shunt dengan penambahan tahanan Rs dan dengan beban generator.

d. Dengan penambahan Rs yang terhubung seri terhadap jangkar dan Rp yang terhubung paralel dengan jangkar motor dc shunt.

Gambar 22. Rangkaian motor dc shunt dengan penambahan tahanan Rs , Rp dan dengan beban generator.

(45)

3.6. Prosedur pengujian

3.6.1. Penambahan tahanan Rs yang terhubung seri pada jangkar pada motor dc shunt. 1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 21.

2. Tekan tombol ON untuk menyalakan PTDC.

3. Atur tegangan terminal pada motor dc sampai mencapai 220 volt dan berikan tegangan pada medan generator dan jaga beban dengan besaran yang konstan. 4. Atur tahanan Rs sebesar 0 Ω , 5 Ω , 10 Ω , 15 Ω , 20, 25 Ω dan catat

perubahan yang terjadi pada kecepatan, arus jangkar , arus medan pada motor dc shunt setiap perubahan tahanan Rs.

3.6.2. Penambahan tahanan Rp yang terhubung paralel pada jangkar pada motor dc shunt.

1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 22. 2. Tekan tombol ON untuk menyalakan PTDC.

3. Atur tegangan terminal pada motor dc sampai mencapai 220 volt dan berikan tegangan pada medan generator dan jaga beban dengan besaran yang konstan. 4. Atur tahanan Rs sebesar 25 Ω dan di jaga konstan dan atur tahanan Rp

sebesar 25 Ω ,15 Ω , 10 Ω dan catat perubahan yang terjadi pada kecepatan, arus jangkar , arus medan pada motor dc shunt setiap perubahan tahanan Rp. 5. Atur tahanan Rs sebesar 20 Ω dan di jaga konstan dan atur tahanan Rp

sebesar 25 Ω ,15 Ω , 10 Ω dan catat perubahan yang terjadi pada kecepatan, arus jangkar , arus medan pada motor dc shunt setiap perubahan tahanan Rp. 6. Atur tahanan Rs sebesar 15 Ω dan di jaga konstan dan atur tahanan Rp

sebesar 15 Ω ,30 Ω , 70 Ω dan catat perubahan yang terjadi pada kecepatan, arus jangkar , arus medan pada motor dc shunt setiap perubahan tahanan Rp.

(46)

3.7. Data Percobaan

Berikut adalah data yang di dapatkan dari percobaan yang di lakukan dengan penambahan tahanan seri ( Rs ) pada tahanan jangkar dan tahanan seri ( Rp ) pada tahanan medan motor dc shunt.

Tabel 2. Saat penambahan Rs dengan Vt = 220 Volt, Im dan beban di jaga konstan.

No Vt (Volt) Rs (Ohm) Ia (A) Im (A) IL A n (rpm) 1 220 0 4,18 0,63 4,81 1350 2 220 5 4,16 0,63 4,79 1300 3 220 10 4,13 0,63 4,76 1250 4 220 15 4,11 0,63 4,74 1200 5 220 20 4,10 0,63 4,73 1170 6 220 25 4,08 0,63 4,71 1000

Tabel 3. Saat penambahan Rp ( tahanan paralel pada tahanan jangkar ) dengan Vt = 220 Volt ,dengan Rs = 25 ohm dan beban yang di jaga konstan.

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im’ (A) IL (A) n (rpm)

1 220 25 25 2,08 2,09 0,64 4,81 900 2 220 25 15 1,57 2,59 0,64 4,8 1000 3 220 25 10 1,21 2,98 0,64 4,83 1100

(47)

Tabel 4. Saat penambahan Rp ( Penambahan tahanan pada tahanan jangkar ) dengan Vt = 220 Volt ,dengan Rs = 20 ohm dan beban yang di jaga konstan.

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im (A) IL (A) n (rpm)

1 220 20 25 2,29 1,83 0,64 4,76 950 2 220 20 15 1,72 2,35 0,64 4,71 1100 3 220 20 10 1,36 2,75 0,64 4,75 1150

Tabel 5. Saat penambahan Rp (tahanan paralel pada tahanan jangkar ) dengan Vt = 220 Volt ,dengan Rs = 15 ohm dan beban yang di jaga konstan

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im’ (A) IL (A) n (rpm)

1 220 15 25 2,57 1,55 0,64 4,76 1000 2 220 15 15 2,06 2,05 0,64 4,75 1050 3 220 15 10 1,64 2,48 0,64 4,76 1075

(48)

BAB IV ANALISA DATA

4.1. Analisa data pengujian

4.1.1. Analisa Penambahan tahanan pada tahanan jangkar ( Rs ) pada motor dc shunt.

Berdasarkan dari data yang ada pada percobaan motor dc shunt maka ; V = 220 Volt

Ia = 4,18 A Im = 0,64 A n = 1350 rpm

Berdasarkan persamaan (9) maka ;

n = ( Vt – Ia x ( Ra + Rs ) ) / C x Ф

1350 = ( ( 220 ) - 4,18 x ( 2,86 + 0 ) ) / C x Ф 1350 = ( 220 ) – (11,95) / C x Ф

C x Ф = 208,05 / 1350 C x Ф = 0,15

Maka untuk nilai C x Ф yang lain dengan nilai ia yang berbeda ;

Tabel 6. nilai C x Ф yang lain dengan nilai ia yang berbeda

No Vt (Volt) Rs (Ohm) Ia (A) Im (A) IL A n

(rpm) _{C x}_Ф 1 220 0 4,18 0,63 4,81 1350 0,15 2 220 5 4,16 0,63 4,79 1300 0,14 3 220 10 4,13 0,63 4,76 1250 0,13 4 220 15 4,11 0,63 4,74 1200 0,12 5 220 20 4,10 0,63 4,73 1170 0,1 6 220 25 4,08 0,63 4,71 1000 0,1

(49)

Tabel 7. nilai C x Ф yang lain dengan nilai ia yang berbeda

Tabel 8. Nilai C x Ф yang lain dengan nilai ia yang berbeda

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im’ (A) IL (A) n (rpm)

C x Ф

1 220 20 25 2,29 1,83 0,64 4,76 950 0,17

2 220 20 15 1,72 2,35 0,64 4,71 1100 0,16 3 220 20 10 1,36 2,75 0,64 4,75 1150 0,15

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im (A) IL (A) n (rpm)

C x Ф

1 220 25 25 2,08 2,09 0,64 4,81 900 0,18

2 220 25 15 1,57 2,59 0,64 4,8 1000 0,17 3 220 25 10 1,21 2,98 0,64 4,83 1100 0,16

(50)

Tabel 9. nilai C x Ф yang lain dengan nilai Ia yang berbeda

No Vt

(Volt) Rs (ohm) Rp (ohm) Ia 1 (A) Ia 2 (A) Im (A) IL (A) n (rpm)

C x Ф

1 220 15 25 2,57 1,55 0,64 4,76 1000 0,17 2 220 15 15 2,06 2,05 0,64 4,75 1050 0,16 3 220 15 10 1,64 2,48 0,64 4,76 1075 0,15

Dari data yang didapat seperti yang ada pada tabel 2 , maka dapat dianalisa untuk menunjukkan perubahan dengan bertambahnya tahanan Rs ( seri pada tahanan jangkar ) dan dari perubahan tersebut maka di dapat adanya perubahan pada kecepatan motor dc shunt akibat bertambahnya nilai dari Rs.

 Pada Tabel 2 dapat di lihat tegangan yang di berikan pada motor dc shunt ( Vt ) sebesar 220 Volt dan nilai Ia = 4,18 A dan Im = 0,64 A dan beban

motor di jaga konstan nilai nya, dapat di lihat setiap penambahan nilai Rs (penambahan tahanan seri pada tahanan jangkar ) maka adanya perubahan

pada kecepatan motor dc shunt.

Sesuai dengan persamaan teori maka nilai kecepatan ( n ) motor dc shunt dapat di hitung seperti di bawah ini :

n = Vt – Ia x ( Ra + Rs ) / C x Ф

jika nilai : Vt = 220 volt Ra : 2,86 Rf ; 333,3

Maka berdasarkan perhitungan persamaan teori :  Sebelum penambahan tahanan Rs, nilai Rs = 0 ohm n = Vt – Ia x ( Ra + Rs ) / C x Ф

(51)

n = 220 – 4,18 x ( 2,86 + 0 ) / C x Ф n = 220 –11,74 / 0,15

n = 1388,64 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 5 ohm

n’ = Vt – Ia’ x ( Ra + Rs ) / C x Ф n’ = 220 – 4,16 x ( 2,86+ 5 ) / C x Ф n ’= (220 – 32,69) / 0,14

n ’= 1337,93 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 10 ohm n ’= Vt – Ia’ x ( Ra + Rs ) / C x Ф n’ = Vt – 4,13 x ( 2,86 + 10 ) / C x Ф n ’= (220 – 48,05) / 0,13

n’ = 1322,69 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 15 ohm n ’= Vt – Ia’ x ( Ra + Rs ) / C x Ф n’ = 220 – 4,11 x ( 2,86 + 15 ) / C x Ф n ’= (220 – 67,91) / 0,12

n’ = 1267,42 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 20 ohm n’ = Vt – Ia’ x ( Ra + Rs ) / C x Ф n ’= 220 – 4,10 x ( 2,8 + 20 ) / C x Ф n ’= ( 220 – 85,68) / 0,11

n ’= 1221,09 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 25 ohm n’ = Vt – Ia’ x ( Ra + Rs ) / C x Ф n ’= 220 – 4,08 x ( 2,8 + 25 ) / C x Ф n ’= ( 220 – 85,68) / 0,1

(52)

Tabel 10. Perhitungan teori pengaruh tahanan Rs terhadap kecepatan motor dc shunt

NO Rs ( Ω ) n ( rpm )

1 0 1388,64

2 5 1337,93

3 10 1322,69

4 15 1267,42

5 20 1221,09

6 25 1063,3

Grafik 1. Pengaruh penambahan tahanan Rs terhadap kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian.

Dari perhitungan di atas dapat di buktikan bahwa pengaruh dari penambahan tahanan Rs ( tahanan terhubung seri pada tahanan jangkar ) yang mempengaruhi dari kecepatan motor dc shunt. Semakin besar nilai penambahan Rs maka kecepatan motor dc shunt semakin kecil / turun dari sebelumnya akibat nilai dari arus jangkar ( Ia ) yang semakin kecil . Hal tersebut terbukti dari perhitungan di atas.

(53)

4.1.2. Penambahan tahanan terhubung paralel terhadap tahanan jangkar ( Rp ) sebagai kompensasi untuk perubahan yang di akibatkan oleh penambahan Rs pada motor dc shunt.

 Pada Tabel 3 dapat di lihat tegangan yang di berikan pada motor dc shunt ( Vt ) sebesar 220 Volt dan Im = 0,64 A , dapat di lihat setiap penambahan nilai Rs (tahanan seri pada tahanan jangkar ) dan Rp ( tahanan paralel pada tahanan jangkar ) maka adanya perubahan pada kecepatan motor dc shunt. Sesuai dengan persamaan teori maka nilai kecepatan ( n ) motor dc shunt dapat di hitung seperti di bawah ini :

n = Vt – Ia x ( Ra + Rs ) / C x

Ф

jika nilai : Vt = 220 volt Im = 0,64 A

maka :

 Saat penambahan tahanan Rs = 25 ohm dan Rp = 25 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 2,08x ( (2,86 / / 25) + 25) / 0,15 n = 220 – 2,08 x ( 2,57 + 25 ) / 0,18

n = 903,6 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 25 ohm dan Rp = 20 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 –1,57 x ( (2,86 / / 25) + 20) / 0,15 n = 220 – 1,57 x ( 2,4 + 20 ) / 0,17

n = 1087,24 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 25 ohm dan Rp = 15 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 1,21 x ( (2,86 / / 25) + 15) / 0,15

(54)

n = 220 – 1,21 x ( 2,22 + 15 ) / 0,16 n = 1245,62 rpm

Tabel 11. Perhitungan secara teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs= 25 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt

NO Rs ( Ω ) Rp ( Ω ) n ( rpm )

1 25 25 903,6

2 25 20 1087,24

3 25 15 1244,77

Grafik 2. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai Rs = 25 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian.

 Pada Tabel 4 dapat di lihat tegangan yang di berikan pada motor dc shunt ( Vt ) sebesar 220 Volt dan Im = 0,64 A , dapat di lihat setiap penambahan nilai Rs (tahanan seri pada tahanan jangkar ) dan Rp ( tahanan paralel pada tahanan jangkar ) maka adanya perubahan pada kecepatan motor dc shunt. Sesuai dengan persamaan teori maka nilai kecepatan ( n ) motor dc shunt dapat di hitung seperti di bawah ini :

(55)

 Saat penambahan tahanan Rs = 20 ohm dan Rp = 25 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 2,29x ( (2,86 / / 20) + 25) / 0,17 n = 220 – 2,29 x ( 2,57 + 25 ) / 0,17 n = 922,73 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 20 ohm dan Rp = 20 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 1,72x ( (2,86 / / 20) + 25) / 0,16 n = 220 – 1,72 x ( 2,4 + 25 ) / 0,16

n = 1080,45 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs =20 ohm dan Rp = 15 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 1,36x ( (2,86 / / 15) + 25) / 0,15 n = 220 – 1,36 x ( 2,22 + 25 ) / 0,15

n = 1219,87pm

Tabel 12. Perhitungan secara teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs= 20 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt

NO Rs ( Ω ) Rp ( Ω ) n ( rpm )

1 20 25 922,73

2 20 20 1080,45

(56)

Grafik 3. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai Rs = 20 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian.

 Pada Tabel 5 dapat di lihat tegangan yang di berikan pada motor dc shunt ( Vt ) sebesar 220 Volt dan Im = 0,64 A , dapat di lihat setiap penambahan nilai Rs (tahanan seri pada tahanan jangkar ) dan Rp ( tahanan paralel pada tahanan jangkar ) maka adanya perubahan pada kecepatan motor dc shunt. Sesuai dengan persamaan teori maka nilai kecepatan ( n ) motor dc shunt dapat di hitung seperti di bawah ini :

 Saat penambahan tahanan Rs = 15 ohm dan Rp = 25 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 2,57 x ( (2,86 / / 25) + 15) / 0,17 n = 220 – 2,57 x ( 2,57 + 25 ) / 0,17 n = 877,32 rpm

 Saat penambahan tahanan Rs = 15 ohm dan Rp = 20 Ohm n = Vt – Ia x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 2,06 x ( (2,86 / / 20) + 25) / 0,15 n = 220 – 2,06 x ( 2,4 + 20 ) / 0,16

(57)

 Saat penambahan tahanan Rs = 15 ohm dan Rp = 15 Ohm n = Vt – Ia’ x (( Ra // Rp )+ Rs ) / C x

Ф

n = 220 – 1,64x ( (2,86 / / 15) + 15) / 0,15 n = 220 – 1,64 x ( 2,22 + 15 ) / 0,15 n = 1278,6 rpm

Tabel 13. Perhitungan secara teori pengaruh tahanan Rp dengan Rs= 15 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt

NO Rs ( Ω ) Rp ( Ω ) n ( rpm )

1 15 25 877,32

2 15 20 1086,6

3 15 15 1278,6

Grafik 4. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai Rs = 15 Ω terhadap kecepatan motor dc shunt secara teori dan praktek pengujian.

Dari perhitungan di atas dapat di buktikan bahwa pengaruh dari penambahan tahanan Rp ( tahanan tambahan yang terhubung paralel pada tahanan jangkar ) dan Rs ( yang terhubung paralel terhadap jangkar ) maka dapat mengatur kecepatan motor dc

(58)

shunt lebih rendah nilai kecepatan yang di dapat di banding dengan hanya pengaturan kecepatan motor dc shunt yang menggunakan tahanan Rs .Hal tersebut terbukti dari perhitungan di atas.

4.1.3. Perhitungan efisiensi motor dc shunt.

Dan untuk mengetahui efisiensi dari motor dc shunt maka di gunakan beberapa persamaan rumus sebagai berikut :

η

= Pout/ Pin x 100 % Pout = T x n x 1000 / 975 Pin = Vt ( Ia + Im ) T = C x

Ф

x Ia Keterangan rumus:

η

= Nilai efisiensi ( % )

Pin = Daya yang masuk ke motor ( Watt ) Pout = Daya yang keluar dari motor ( Watt ) Vt = Tegangan masuk / jepit ( Volt )

Ia = Arus jangkar motor ( Ampere ) Im = Arus medan motor ( ampere ) T = torsi motor ( N/m )

n = kecepatan motor ( rpm )

Maka dari persamaan di atas dapat di hitung nilai dari efisiensi dari motor dc shunt berdasarkan dari data tabel diatas.

 Dari tabel 2 yaitu dengan Vt = 220 volt dengan penambahan Rs = 0 ohm.

Maka ; T = C x

Ф

x Ia = 0,15 x 4,18 = 0,63 N/m

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x (4,18 + 0,64 ) = 220 x 4,81

(59)

Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,63 x1350 x 1000 / 975 = 872,3 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (872,3/ 1058,2) x 100 % = 82,43 %

 Dengan penambahan Rs = 5 ohm maka Ia’ = 4,16 A ; Im’ = 0,63A Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,14 x 4,16 = 0,58 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x (4,16 + 0,63 ) = 220 x 4,79

= 1053,8 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,58 x 1300 x 1000 / 975 = 773,33 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (773,33/1053,8) x 100 % = 73,39 %

 Dengan penambahan Rs = 10 ohm maka Ia’ = 4,13 A ; Im’ = 0,64A Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,13 x 4,13 = 0,54 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,13 = 0,64 ) = 220 x 4,76

(60)

Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,54 x 1250 x 1000 / 975 = 692,3 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (692,3 /1047,2) x 100 % = 66,11 %

 Dengan penambahan Rs = 15 ohm maka Ia’ = 4,11 A ; Im’ = 0,63 A

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,12 x 4,11 = 0,49 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,11 + 0,63 ) = 220 x 4,74

= 1042,8 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,49 x 1200 x 1000 / 975 = 603,07 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 %

= (603,07/1042,8) x 100 % = 57,8 %

 Dengan penambahan Rs = 20 ohm maka Ia’ = 4,1 A ; Im’ = 0,63 A

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,1 x 4,1 = 0,41 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,1 + 0,63 )

(61)

= 220 x 4,73 = 1040,6 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,41 x 1170 x 1000 / 975 = 492 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (492 / 1040,6) x 100 % = 47,28 %

 Dengan penambahan Rs = 25 ohm maka Ia’ = 4,1 A ; Im’ = 0,63 A

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,1 x 4,1 = 0,41 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,1 + 0,63 ) = 220 x 4,73

= 1040,6 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,41 x 1000 x 1000 / 975 = 420 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (420 / 1040,6) x 100 % = 40,41 %

 Dari tabel 3 yaitu dengan Vt = 220 volt dengan penambahan Rs = 25 ohm ; Rp = 25 Ohm

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,18 x 4,17 = 0,75N/m

(62)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,17 + 0,63) = 220 x 4,81

= 917,4 watt

Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,75 x 900 x 1000 / 975 = 692,8 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (692,8 / 917,4) x 100 % = 75,5 %

 Dengan penambahan Rs = 25 ohm dan Rp =15 ohm Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,17 x 4,16 = 0,7 N/m

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,16 + 0,63 ) = 220 x 4,8

= 1056 watt

Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,7x 1000 x 1000 / 975 = 717,9 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (717,9 /1056) x 100 % = 67,98 %

 Dengan penambahan Rs = 25 ohm dan Rp = 10 ohm maka Ia’ = 2,04 A ; Im’ = 0,58 A

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,16 x 4,19 = 0,67 N/m

(63)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x (4,19 + 0,63 ) = 220 x 4,83

= 1062,6 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,67x 1100 x 1000 / 975 = 755,89 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (755,89 / 1062,6) x 100 % = 71,14 %

 Dari tabel 4 yaitu dengan Vt = 220 volt dengan penambahan Rs = 20 ohm ; Rp = 25 Ohm.

Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,17 x 4,12 = 0,7 N/m

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,12 + 0,63 ) = 220 x 4,76

= 1047,2 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,7 x 950 x 1000 / 975 = 682,05 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (682,05/ 1047,2) x 100 % = 65,13 %

 Dengan penambahan Rs = 20 ohm dan Rp = 15 ohm Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,16 x 4,07 = 0,65 N/m

(64)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,07 + 0,63 ) = 220 x 4,71

= 1036,2 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,65x1100 x 1000 / 975 = 733,333 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 %

= (733,333/ 1036,2) x 100 % = 70,7 %

 Dengan penambahan Rs = 20 ohm dan Rp = 10 ohm Maka ; T = C x

Ф

x Ia

= 0,15 x 4,11 = 0,62 N/m Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,11 + 0,63 ) = 220 x 4,74

= 1042,8 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,62 x 1150 x 1000 / 975 = 731,3 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (731,3 / 1042,8) x 100 % = 70,1 %

 Dari tabel 5 yaitu dengan Vt = 220 volt dengan penambahan Rs = 15

Ω; Rp = 25 Ohm. Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,17 x 4,12 = 0,7 N/m

(65)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,12 + 0,63 ) = 220 x 4,76

= 1047,2 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,7x 1000 x 1000 / 975 = 717,94 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 %

= (717,94 / 1047,2 ) x 100 % = 68,6 %

 Dengan penambahan Rs = 15 ohm dan Rp =15 ohm Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,15 x 4,11 = 0,6 N/m

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,12 + 0,63 ) = 220 x 4,75

= 1045 watt

Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,6 x 1000 x 1000 / 975 = 615,4 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = (615,4 / 1045 ) x 100 % = 58,88 %

 Dengan penambahan Rs = 15 ohm dan Rp = 10 ohm Maka ;

T = C x

Ф

x Ia = 0,17 x 4,12 = 0,7 N/m

(66)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,12 + 0,64 ) = 220 x 4,76

= 1047,2 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,7 x1075 x 1000 / 975 = 771,8 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 % = 771,8 / 1047,2) x 100 % = 74,02 %

Dari perhitungan diatas maka ;

Tabel 14. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rs

NO Rs( Ω ) n (rpm )

η

( % )

1 0 1388,64 82,43

2 5 1337,93 73,3

3 10 1322,69 66,11

4 15 1267,42 57,8

5 20 1221,09 47,8

(67)

Grafik 5. Pengaruh penambahan tahanan Rs terhadap efisiensi motor dc shunt

Dari perhitungan di atas dapat di buktikan bahwa pengaruh dari penambahan tahanan Rp ( tahanan tambahan yang terhubung paralel pada tahanan jangkar ) dan Rs ( tahanan tambahan yang terhubung seri dengan tahanan jangkar ) yang mempengaruhi dari kecepatan motor dc shunt serta mengakibatkan nilai efisiensi yang rendah ( tidak baik ) pada motor dc shunt . Hal tersebut dapat terbukti dari perhitungan dan grafik di atas.

Tabel 15. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 25 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n

(rpm )

η

( % )

1 25 25 903,6 75,5

2 25 15 1087,24 67,98

(68)

Grafik 6. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 25 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

Tabel 16. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 20 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n

(rpm )

η

( % )

1 20 25 922,73 65,13

2 20 15 1080,45 70,7

3 20 10 1219,87 70,1

Grafik 11. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 20 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

Tabel 17. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 15 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n

(rpm )

η

( % )

1 15 25 877,32 68,6

2 15 15 1086,6 58,88

(69)

Grafik 7. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 15 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

(70)

BAB V

Kesimpulan Dan Saran

5.1. Kesimpulan

Dari analisa data, maka dapat kita simpulkan yaitu :

1. Penambahan tahanan terhubung seri (Rs) terhadap tahanan jangkar menyebabkan berkurangnya nilai arus jangkar ( Ia ) yang mengalir pada motor dc shunt sehingga mengurangi besar nya tegangan ke jangkar motor dan hal tersebut mengurangi kecepatan motor dc shunt. 2. Penggabungan penambahan tahanan yang terhubung paralel ( Rp ) dan

seri (Rs) terhadap tahanan jangkar merupakan suatu cara yang lain selain hanya penambahan tahanan (Rs) yang dapat mengatur kecepatan motor di bawah kecepatan nominal nya karena mempengaruhi nilai dari arus jangkar yang mengalir akan pada motor dc shunt.

3. Semakin turun kecepatan motor dc shunt akibat pengaturan tahanan jangkar , maka nilai dari efisiensi motor tersebut juga semakin kecil. 4. Semakin besar nilai tahanan yang ditambahkan untuk pengeturan

kecepatan motor ini semakin rendah nilai efisiensi motor dc shunt. 5. Metode pengaturan kecepatan motor dc shunt menggunakan

pengaturan tahanan jangkar memiliki efisiensi yang tidak baik akibat banyak nya rugi – rugi yang di hasilkan oleh tahanan Rs dan Rp yang di gunakan untuk pengaturan kecepatan motor tersebut.

5.2. Saran

Saran yang didapatkan dari penelitian ini yaitu :

Dalam dunia industri diperlukan pengaturan kecepatan putaran motor arus dc shunt yang praktis dan tentunya memberikan efisiensi secara keseluruhan lebih baik. Untuk itu masih perlu diteliti lebih lanjut pengaruh pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan shunt dengan penambahan tahanan seri dan paralel pada jangkar agar meminimal kan rugi – rugi yang terjadi akibat penambahan tahanan Rp dan Rs terhadap efisiensi motor dc shunt.

(71)

DAFTAR PUSTAKA

1. B.L. Theraja, “A Text Book Of Electrical Technologi”, Revised Edition, S.Chan & Company, New Delhi, 1978.

2. Berahim, Hamjah, “ Teknik Tenaga Listrik”, Andi, Yogyakarta, 1991.

3. Chapman S.J, “Electric Machinery Fundamental”, McGraw-Hill Book Company, 1985.

4. Dawes, Chester L, “ Elektrical Engineering “ ‘ Volume I, McGraw-Hill Book Company and Kogakusha co, Japan, 1995.

5. Eugene C. Lister, “Mesin Dan Rangkaian Listrik”, edisi keenam, Erlangga, Jakarta.

6. Richardson, Donald V, “ Rotating Electric Machinery and Transformer Technology” Prentice Hall, Inc, USA, !979.

7. Sumanto, Drs, MA, “ Mesin Arus Searah” Andi Yogyakarta, 1996. 8. Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”, Penerbit ITB Bandung, 1978.

(1)

Pin = Vt x ( Ia + Im ) = 220 x ( 4,12 + 0,64 ) = 220 x 4,76

= 1047,2 watt Pout = T x n x 1000 / 975 = 0,7 x1075 x 1000 / 975 = 771,8 watt

η

= (Pout / Pin) x 100 %

= 771,8 / 1047,2) x 100 % = 74,02 %

Dari perhitungan diatas maka ;

Tabel 14. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rs

NO Rs( Ω ) n (rpm )

η

( % )

1 0 1388,64 82,43

2 5 1337,93 73,3

3 10 1322,69 66,11

4 15 1267,42 57,8

5 20 1221,09 47,8

(2)

Grafik 5. Pengaruh penambahan tahanan Rs terhadap efisiensi motor dc shunt

Tabel 15. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 25 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n (rpm )

η

( % )

1 25 25 903,6 75,5

2 25 15 1087,24 67,98

(3)

Grafik 6. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 25 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

Tabel 16. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 20 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n (rpm )

η

( % )

1 20 25 922,73 65,13

2 20 15 1080,45 70,7

3 20 10 1219,87 70,1

Grafik 11. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 20 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

Tabel 17. Perhitungan nilai efisiensi motor dc shunt saat penambahan Rp dan Rs = 15 Ω

NO Rs( Ω ) Rp ( Ω )

n (rpm )

η

( % )

1 15 25 877,32 68,6

2 15 15 1086,6 58,88

(4)

Grafik 7. Pengaruh penambahan tahanan Rp dengan nilai tahanan Rs = 15 Ω terhadap efisiensi motor dc shunt

(5)

BAB V

Kesimpulan Dan Saran

5.1. Kesimpulan

Dari analisa data, maka dapat kita simpulkan yaitu :

kecepatan motor ini semakin rendah nilai efisiensi motor dc shunt. 5. Metode pengaturan kecepatan motor dc shunt menggunakan

pengaturan tahanan jangkar memiliki efisiensi yang tidak baik akibat banyak nya rugi – rugi yang di hasilkan oleh tahanan Rs dan Rp yang di gunakan untuk pengaturan kecepatan motor tersebut.

5.2. Saran

Saran yang didapatkan dari penelitian ini yaitu :

(6)

DAFTAR PUSTAKA

1. B.L. Theraja, “A Text Book Of Electrical Technologi”, Revised Edition, S.Chan & Company, New Delhi, 1978.

2. Berahim, Hamjah, “ Teknik Tenaga Listrik”, Andi, Yogyakarta, 1991.

3. Chapman S.J, “Electric Machinery Fundamental”, McGraw-Hill Book Company, 1985.

4. Dawes, Chester L, “ Elektrical Engineering “ ‘ Volume I, McGraw-Hill Book Company and Kogakusha co, Japan, 1995.

5. Eugene C. Lister, “Mesin Dan Rangkaian Listrik”, edisi keenam, Erlangga, Jakarta.

6. Richardson, Donald V, “ Rotating Electric Machinery and Transformer Technology” Prentice Hall, Inc, USA, !979.

7. Sumanto, Drs, MA, “ Mesin Arus Searah” Andi Yogyakarta, 1996. 8. Zuhal, “Dasar Tenaga Listrik”, Penerbit ITB Bandung, 1978.