Elektronika Daya Dalam Motor Listrik
Bab 9
Bab 9. ELDA DALAM MOTOR LISTRIK DC
9.1 PENDAHULUAN
Motor DC memiliki karateristik variable dan dipakai secara intensif untuk
penggerak kecepatan variable. Motor DC dapat memberikan torka star tinggi dan
sangat mngkin diperoleh control kecepatan dalam skala luas.metode control
kecepatan secara normal lebih sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan
penggerak AC. Industry modern dengan kombinasi AC/DC, DC/AC converter akan
didapatkan tegangan tepat.
Penggerak DC dapat diklarifikasian sebagai berikut :
1. Penggerak DC satu fasa (Single-pahase dc droves)
2. Pengaruh DC chopper (chopper dc drives)
3. Penggerak dc tiga fasa(single three phase drives
9.2 KARATERISTIK DASAR MOTOR DC
Sebuah motor dc berpenguatan bebas memiliki rangkaian ekuibalen seperti
gambar 9.1. persamaan dan karateristik motor DC berpengaruh bebas seperti pada
gambar 9.1 sebagai berikut :
Gambar 9.1 Rangkaian ekuivalen motor DC berpenguatan bebas
V f =Rf . I f + Lf
dI f
dt
V a=R a . I a + La
dI a
+ eg
dt
e g=K i . ⍵ i f + Lf
(9.1)
(9.2)
dI f
dt
(9.3)
V f =K t . I f . I a
T d=J
(9.4)
dω
+Bω+ T L
dt
(9.5)
Dimana :
⍵ = Kecepatan motor (rad/s)
B = Koefisien gesek (N.m/rad/s)
Kv = Ko’nstanta tegangan (V/A-rad/s)
La = Induktansi jangkar (H)
Lf = Induktansi medan (H)
Ra = Tahanan jangkar (Ω)
Rf = Tahanan medan (Ω)
TL = Torka beban (N.m)
If
= Arus medan (A)
Ia = arus jangkar (A)
eg = Tegangan emf balik (V)
Kondisi Steady state :
v f =R j . R f
(9.6)
V a=R a . I a + Eg =Ra . I a + K v ⍵ l f
(9.7)
T d=K t . I f . I a=Bω+ T L
(9.8)
Daya yang berbentuk,
Pd =T d . ω
(9.9)
Kecepatan motor,
ω=
V a−I a R a V a −I a Ra
=
Kv If
K vV f / R
(9.10)
Oleh karena itu, sesuai dengan persamaan (9.10), maka kecepatan motor
ditentukan berdasarkan.
1. Mengatur tegangan armature, Va dikenal sebagai control tegangan
2. Mengatur arus medan, If dikenal sebagai control medan.
3. Mengatur torka yang terhubung dengan I a , I f
Ketiga cara control diatas disebut sebagai control dasar. Dalam prakteknya untuk
kecepatan yang lebih kecil kecepatan dasar, arus jangkar dan arus medan
diusahakan tetap.
.
Gambar 9.2 Karateristik motor DC berpenguatan bebas
Untuk motor DC tipe seri rangkaian ekuivalen seperti gambar 9.3(a) dan
karateristiknya seperti pada gambar 9.3(b).
(a)
(a)
(b)
Gambar 9.3 a) Motor DC tipe seri,
B) Karateristik motor DC tipe seri
Persamaan matematis berdasarkan rangkaian motor DC tipe seri tersebut sebagai
berikut :
E g=K v ⍵ I a
V a=R a . I a + Eg =Ra . I a + K v ⍵ l a
(9.11)
(9.12)
T d=K t . I a I a + Bω+T L
(9.13)
9.3 PENGGERAK DC SATU FASA (Single-Phase-Dc-Drives)
Penggerak DC satu fasa dibagi atas 4 (Empat) kelompok yaitu :
1. Single-phase half-wave-converter Drives (Penggerak converter satu
fasa setengah gelombang)
2. Single-Phase-Converter Drives (Penggerak converter satu fasa penuh)
3. Single-Phase Full-Coonverter Drivers (Penggerak converter satu fasa
penuh)
4. Single-Phase dual-converter Drives (Penggerak dual converter satu
fasa)
Gambar 9.4 Rangkaian Dasar Dari single-Phase-DC-Drives.
9.3.1 Single-Phase Half-Wave-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-Phase Half-Wave-Converter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.5
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
( I +cos α a )
2π
Vf=
Vm
( I +cos α f ) Untuk
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
0≤ αf ≤ π
Dimana :
Va
=
Tegangan Jangkar rata-rata
Vf
=
Tegangan Medan rata-rata
Vm
=
Tegangan puncak dari sumber AC
Gambar 9.5 Single-Phase Half-Wave-Converter Drives
(9.14)
(9.15)
9.3.2 Single-Phase semikonverter-Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-Phase semikonverter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.6
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
(1+cos α a )
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.16)
Vf=
Vm
(1+ cos α f )
π
Untuk
0≤ αf ≤ π
(9.17)
Gambar 9.6 Single-Phase semikonverter Drives.
9.3.3 Single-Phase Full-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-phase full-converter Drives
ditunjukkan pada gambar 9.7
Gambar 9.7 Single-Phase full-converter Drives.
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
cos α a
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.18)
V a=
2 Vm
cos α f
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.19)
8.3.4 Single-Phase Dual-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-phase dual-converter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.8
Gambar 9.8 Single-Phase dual-Converter Drives.
Persamaan rangkaian,
Jika converter 1 beroperasi pada sudut delay
V a=
2 Vm
cos α a I
π
Untuk
0 ≤ αa 2 ≤ π
Jika converter 2 beroperasi pada sudut delay
V a=
Dimana
2 Vm
cos α a 2
π
a2=π −a1
Vf=
a I , Maka :
(9.20)
a2 , maka :
Untuk
0 ≤ αa 2 ≤ π
(9.21)
Untuk
0≤ αf ≤ π
(9.22)
dan
2Vm
cos α f
π
Bab 9. ELDA DALAM MOTOR LISTRIK DC
9.1 PENDAHULUAN
Motor DC memiliki karateristik variable dan dipakai secara intensif untuk
penggerak kecepatan variable. Motor DC dapat memberikan torka star tinggi dan
sangat mngkin diperoleh control kecepatan dalam skala luas.metode control
kecepatan secara normal lebih sederhana dan lebih murah dibandingkan dengan
penggerak AC. Industry modern dengan kombinasi AC/DC, DC/AC converter akan
didapatkan tegangan tepat.
Penggerak DC dapat diklarifikasian sebagai berikut :
1. Penggerak DC satu fasa (Single-pahase dc droves)
2. Pengaruh DC chopper (chopper dc drives)
3. Penggerak dc tiga fasa(single three phase drives
9.2 KARATERISTIK DASAR MOTOR DC
Sebuah motor dc berpenguatan bebas memiliki rangkaian ekuibalen seperti
gambar 9.1. persamaan dan karateristik motor DC berpengaruh bebas seperti pada
gambar 9.1 sebagai berikut :
Gambar 9.1 Rangkaian ekuivalen motor DC berpenguatan bebas
V f =Rf . I f + Lf
dI f
dt
V a=R a . I a + La
dI a
+ eg
dt
e g=K i . ⍵ i f + Lf
(9.1)
(9.2)
dI f
dt
(9.3)
V f =K t . I f . I a
T d=J
(9.4)
dω
+Bω+ T L
dt
(9.5)
Dimana :
⍵ = Kecepatan motor (rad/s)
B = Koefisien gesek (N.m/rad/s)
Kv = Ko’nstanta tegangan (V/A-rad/s)
La = Induktansi jangkar (H)
Lf = Induktansi medan (H)
Ra = Tahanan jangkar (Ω)
Rf = Tahanan medan (Ω)
TL = Torka beban (N.m)
If
= Arus medan (A)
Ia = arus jangkar (A)
eg = Tegangan emf balik (V)
Kondisi Steady state :
v f =R j . R f
(9.6)
V a=R a . I a + Eg =Ra . I a + K v ⍵ l f
(9.7)
T d=K t . I f . I a=Bω+ T L
(9.8)
Daya yang berbentuk,
Pd =T d . ω
(9.9)
Kecepatan motor,
ω=
V a−I a R a V a −I a Ra
=
Kv If
K vV f / R
(9.10)
Oleh karena itu, sesuai dengan persamaan (9.10), maka kecepatan motor
ditentukan berdasarkan.
1. Mengatur tegangan armature, Va dikenal sebagai control tegangan
2. Mengatur arus medan, If dikenal sebagai control medan.
3. Mengatur torka yang terhubung dengan I a , I f
Ketiga cara control diatas disebut sebagai control dasar. Dalam prakteknya untuk
kecepatan yang lebih kecil kecepatan dasar, arus jangkar dan arus medan
diusahakan tetap.
.
Gambar 9.2 Karateristik motor DC berpenguatan bebas
Untuk motor DC tipe seri rangkaian ekuivalen seperti gambar 9.3(a) dan
karateristiknya seperti pada gambar 9.3(b).
(a)
(a)
(b)
Gambar 9.3 a) Motor DC tipe seri,
B) Karateristik motor DC tipe seri
Persamaan matematis berdasarkan rangkaian motor DC tipe seri tersebut sebagai
berikut :
E g=K v ⍵ I a
V a=R a . I a + Eg =Ra . I a + K v ⍵ l a
(9.11)
(9.12)
T d=K t . I a I a + Bω+T L
(9.13)
9.3 PENGGERAK DC SATU FASA (Single-Phase-Dc-Drives)
Penggerak DC satu fasa dibagi atas 4 (Empat) kelompok yaitu :
1. Single-phase half-wave-converter Drives (Penggerak converter satu
fasa setengah gelombang)
2. Single-Phase-Converter Drives (Penggerak converter satu fasa penuh)
3. Single-Phase Full-Coonverter Drivers (Penggerak converter satu fasa
penuh)
4. Single-Phase dual-converter Drives (Penggerak dual converter satu
fasa)
Gambar 9.4 Rangkaian Dasar Dari single-Phase-DC-Drives.
9.3.1 Single-Phase Half-Wave-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-Phase Half-Wave-Converter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.5
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
( I +cos α a )
2π
Vf=
Vm
( I +cos α f ) Untuk
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
0≤ αf ≤ π
Dimana :
Va
=
Tegangan Jangkar rata-rata
Vf
=
Tegangan Medan rata-rata
Vm
=
Tegangan puncak dari sumber AC
Gambar 9.5 Single-Phase Half-Wave-Converter Drives
(9.14)
(9.15)
9.3.2 Single-Phase semikonverter-Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-Phase semikonverter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.6
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
(1+cos α a )
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.16)
Vf=
Vm
(1+ cos α f )
π
Untuk
0≤ αf ≤ π
(9.17)
Gambar 9.6 Single-Phase semikonverter Drives.
9.3.3 Single-Phase Full-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-phase full-converter Drives
ditunjukkan pada gambar 9.7
Gambar 9.7 Single-Phase full-converter Drives.
Persamaan rangkaian,
V a=
Vm
cos α a
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.18)
V a=
2 Vm
cos α f
π
Untuk
0 ≤ αa ≤ π
(9.19)
8.3.4 Single-Phase Dual-Converter Drives
Gambar rangkaian, bentuk gelombang dari single-phase dual-converter
Drives ditunjukkan pada gambar 9.8
Gambar 9.8 Single-Phase dual-Converter Drives.
Persamaan rangkaian,
Jika converter 1 beroperasi pada sudut delay
V a=
2 Vm
cos α a I
π
Untuk
0 ≤ αa 2 ≤ π
Jika converter 2 beroperasi pada sudut delay
V a=
Dimana
2 Vm
cos α a 2
π
a2=π −a1
Vf=
a I , Maka :
(9.20)
a2 , maka :
Untuk
0 ≤ αa 2 ≤ π
(9.21)
Untuk
0≤ αf ≤ π
(9.22)
dan
2Vm
cos α f
π