LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI JAKARTA JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA

Transkripsi

1 1. TUJUAN 1. Mahasiswa dapat mengoperasikan motor DC jenis penguat terpisah 2. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja motor DC 3. Mahasiswa dapat menjelaskan pengamatan tentang karakteristik motor DC 2. DASAR TEORI Prinsip Motor DC Motor DC (Direct Current) bekerja dengan prinsip, ketika sejumlah arus yang mengalir di dalam sebuah medan pengahantar diletakkan di dalam medan magnet maka terjadi sebuah torsi dan mempunyai kecenderungan untuk berputar (bergerak). Ini dikenal sebagai aksi mesin penggerak. Jika arah arus listrik dalam penghantar dibalik maka arah putaran juga terbalik. Saat medan magnet dan medan listrik berinteraksi, keduanya menghasilkan energi mekanik. Atas dasar itulah motor DC bekerja. Arah dari putaran motor ditentukan oleh kaidah tangan kiri Fleming. Gambar 1. Kaidah Tangan Kiri Fleming

2 Gambar 1 menjelaskan bahwa arah arus ditunjukkan oleh jari tengah, arah garis gaya medan magnet ditunjukkan oleh jari telunjuk dan arah putaran motor ditunjukkan oleh jari jempol. Secara struktur dan konstruksi, motor DC ialah sama dengan generator DC tapi secara kelistrikannya berbeda. Maka dari hal ini motor dan generator DC lebih sering disebut sebagai mesin DC saja. Yang membuat berbeda secara kelistrikannya maksudnya ialah jika kita ingin menjadikan mesin DC tersebut menjadi motor maka sumber listrik diberikan ke kumparan penguat medan magnet (eksitasi) dan kumparan jan gkar. Untuk mesin DC yang menggunakan magnet permanen cukup memberikan sumber listrik ke kumparan jangkar saja. Jika kita ingin menjadikan mesin DC ini menjadi generator maka sumber listrik diberikan ke kumparan penguat medan magnet saja dan jangkar harus diputar. Dari kumparan jangkar inilah keluar GGL. Untuk mesin DC magnet permanen maka cukup hanya jangkarnya diputar maka GGL timbul pada kumparan jangkar Gambar 2. Blok Diagram Kerja Motor DC

3 Dari gambar 2, motor DC disuplai tegangan E dan arus I menuju terminal kelistrikan atau terminal input dan terminal mekanikal dihasilkan torsi T dan kecepatan ω. Terminal input dan output merupakan variabel Motor DC yang dihubungkan sebagai parameter K. T = K. I & E = K. ω Jadi dari gambar tersebut kita dapat mengerti bahwa motor DC hanyalah fenomena yang. Berlawanan dari sebuah generator DC. Kita dapat membuat operasi membangkitkan dan menggerakkan dari mesin yang Sama. Konstruksi Motor DC Ada dua komponen utama motor DC yaitu stator dan rotor. Stator merupakan bagian yang diam yang juga berfungsi sebagai rumah (bodi) motor yang didalamnya juga terdiri dari kumparan penguat medan magnet dan terminal motor. Merupakan bagian yang berputar yang menghasilkan putaran mekanik. Selain dari komponen utama tersebut ada bagian pendukung yaitu kuk (gandar/housing/yoke)motor,kutub,motor,kumparan penguat medan magnet, k umparan jangkar, komutator dan sikat arang. Gambar 3. Gambaran Konstruksi Motor DC

4 Kuk (gandar/yoke/housing) Kerangka magnet atau yoke motor DC dibuat dari besi atau baja dan bentuknya merupakan bagian integrasi dari stator motor. Fungsi utamanya ialah melindungi dan menutupi bagian dalam stator serta menyangga jangkar. Yoke juga berfungsi untuk melindungi sistem kutub medan magnet dan penguat medan magnet. Gambar 4. Bentuk Yoke Motor DC Kutub Motor DC Kutub ini dibuat menempel pada dinding yoke. Konstruksi dasar kutub ini terdiri dari dua bagian yaitu, inti kutub dan sepatu kutub. Keduanya ditumpuk bersama dengan menggunakan tekanan hidrolik kemudian ditempelkan pada yoke. Pada sepatu kutub tersedia slot untuk meletakkan kumparan penguat medan magnet.

5 Gambar 5. Gambaran Kutub Motor DC Kumparan Penguat Medan Magnet Kumparan penguat medan magnet dibuat dari kawat tembaga yang digulung pada slot sepatu kutub. Kumparan ini bekerja dengan prinsip elektromagnetik, yang mana menghasilkan fluks magnet saat dialiri arus listrik. Gambar 6. Gambaran Kumparan Penguat Medan Magnet

6 Kumparan Jangkar Kumparan jangkar motor DC diletakkan pada rotor. Kumparan jangkar ini dibuat dengan laminasi baja silikon yang rendah histeresis untuk mengurangi kehilangan magnetik seperti histeresis dan arus Eddy. Lembaran laminasi baja ini ditumpuk membentuk struktur silinder dari inti jangkar. Gambar 7. Gambaran Lembaran Laminasi Baja Untuk Kumparan Jangkar Komutator Motor DC Komutator dibuat dari kumpulan tumpukan segmen tembaga, di antara segmen tersebut di solasi mika. Fungsi utamanya dari komutator ialah media penghantar bergerak dari sikat arang menuju kumparan jangkar. Gambar 8. Gambaran Bentuk Komutator

7 Sikat Arang Motor DC Sikat arang dibuat dari karbon atau grafit, materi ini dapat membuat kontak berputar pada komutator. Sikat arang digunakan untuk penghantar dari terminal suplai menuju komutator lalu ke kumparan jangkar. Gambar 9. Gambar Bentuk Sikat Arang Torsi Motor DC Torsi dihasilkan berdasarkan energinya bersinggungan dengan arah putaran jangkar dikalikan jarak. T = F. cos α. w. r T = B. I. L. w. r. cos α T = k. ϕ. Ia berputar. dimana α ialah sudut antara posisi awal jangkar dengan posisi sesudah

8 Gambar 10. Gambaran Tentang Torsi Motor DC Jenis-Jenis Motor DC Motor DC banyak digunakan pada peralatan teknik. Contohnya untuk starter mesin mobil atau sepeda motor, dari ukuran kecil hingga yang besar. Ini dikarenakan torsi awal yang dihasilkan oleh motor DC lebih besar dibanding motor AC sehingga dapat menggerakkan start awal mesin untuk melakukan pembakaran. Motor DC dikategorikan menjadi tiga jenis utama, yaitu penguat terpisah, penguat sendiri dan magnet permanen. Untuk penguat sendiri dibagi lagi menjadi tiga macam, yaitu penguat seri, penguat paralel (shunt) dan penguat kompon. Penguat kompon juga ada dua jenis, yaitu kompon komulatif dan kompon diferensial. Kedua kompon ini sama-sama memiliki dua jenis lagi, yaitu Kompon panjang dan kompon pendek.

9 Gambar 11. Kategori Jenis-Jenis Motor DC Motor DC Penguat Terpisah Sesuai dengan namanya, motor DC ini mempunyai penguat medan magnet yang disuplai terpisah dengan suplai untuk kumparan jangkar. Dari persamaan torsi motor DC kita tahu bahwa T = K. ϕ.ia. Jadi di sini torsi bisa divariasikan dengan mengatur fluks ϕ penguat med an magnet dan terbebas dari arus kumparan jangkar Ia. Dengan terpisahnya suplai untuk penguat medan magnet, maka motor jenis ini dapat diatur kecepatan putarnya. Pada kenyataannya terdapat dua hal yang berpengaruh untuk motor ini yaitu tegangan dan fluks medan magnet. V = Ea + Ia. Ra n : kecepatan jika E = c n ϕ c : konstanta maka Vt = c n ϕ + Ia. Ra n = Vt Ia. Ra : c ϕ Ra : tahanan jangkar Vt : tegangan terminal motor Ia : arus jangkar ϕ : fluks magne

10 Fluks medan secara umum biasanya diusahakan dalam kondisi kons tan tegangan sumber ditambah linier hingga kecepatan motor nominal. Kemudian setelah kecepatan nominal untuk menjaga agar tidak melebihi kecepatan nominal maka tegangan sumber dibiarkan konstan dan fluks kumparan penguat medan diperkecil dengan mengurangi arus medan (If). Saat itu terjadi pelemahan magnet kumparan penguat medan. Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah Gambar 12. Gambar Rangkaian Ekuivalen Motor DC Penguat Terpisah Persamaan Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah Vf = Rf. If + Lf Volt Vt = k. ϕ. ω. m + La Ra. Ia Volt Ti = k. ϕ. Ia j T loss Pada keadaan steady turunan fungsi waktu ialah nol dan jika If, Ia dan ωm konstan maka diperoleh persamaan berikut:

11 Vf = Rf. If Volt Vt = k. ϕ. ω. m + Ra. Ia. Volt Ti = k. ϕ. Ia T loss Nm ialah: Tegangan GGL lawan yang dihasilkan pada kumparan jangkar saat bekerja ea = k. ϕ. ω. m Volt Saat motor start, GGL lawan nilainya nol sehingga arus pada kumparan jangkar cukup besar. Torsi pada motor ini ialah: T = k. ϕ. Ia Nm ωm = - Cara yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC penguat terpisah ialah mengacu pada persamaan Vf = Rf. If + Lf Volt. Pada saat steady, kecepatan motor ini dapat diatur langsung dengan mengatur nilai tegangan jangkar Vt, kemudian juga dengan mengatur nilai fluks ϕ penguat medan magnet dengan cara menambah arus medan If. Karakteristik Motor DC Penguat Terpisah Saat tegangan sumber yang diberikan pada kumparan penguat med an magnet diatur konstan pada harga maksimum motor maka fluks motor ϕ yang dihasilkan menjadi besar sehingga Vt konstan. Hubungan antara torsi dan kecepatan dapat digambarkan dengan hubungan antara dua buah garis lurus dengan kemiringan garis gradien negatif yang kecil dengan perpotongan yang terletak pada

12 sumbu kecepatan. Jika proses dari motor ini dihubungkan pada suatu sistem mekanik (diberi beban mekanik pada motor) maka sistem akan bekerja pada poin P1 maka sistem akan bekerja pada poin P1 dimana merupakan titik pertemuan antara dua buah garis. Jika motor tidak dihubungkan dengan beban mekanik maka motor Akan bekerja pada poin P0. Untuk kumparan jangkar yang disuplai oleh sumber yang terkendali tegangan DC maka kecepatannya dapat diatur mulai dari nol sampai harga Vt pada nilai maksimum. GAMBAR RANGKAIAN rpm F1 A A im A2 M TE F2 A1 220v 220v u1

13 3. DAFTAR PERALATAN No Nama Jumlah 1 Motor DC 1 Buah 2 Tachometer 1 Buah 3 Voltmeter 1 Buah 4 Amperemeter 1 Buah 5 Kabel Penguhubung Secukupnya 4. LANGKAH KERJA Untuk karakteristik If = f(n) 1. Catat name plate mesin DC 2. Rangkaikan sesuai dengan diagram rangkaian 3. Masukkan saklar untuk suplai arus medan, pengaturan dari 0,2A 0,8A. lakukan secara bertahap 4. Masukkan saklar untuk suplai tegangan dan atur untuk nilai 150 V tetap 5. Masukkan data yang diperoleh pada tabel yang telah dibuat 6. Matikan motor dengan jalan turunkan tegangan motor sampai nol 7. Matikan saklar untuk penguat medan Untuk karakteristik Vm=f(n) 1. Masukkan saklar untuk penguat medan, atur sampai mencapai 0,8A konstan 2. Masukkan saklar untuk tegangan motor dari 20 V sampai 220 V. lakukan secara bertahap 3. Catat data, masukkan dalam tabel

14 4. Matikan motor, dengan menurunkan tegangan terlebih dahulu 5. Matikan saklar untuk penguat medan DATA HASIL PERCOBAAN Tabel 1 Tabel 2 V = 150 Volt If = 0,8 A If (A) n V (Volt) n 5. TUGAS 1. Mengapa pada saat menjalankan motor dc penguat terpisah ini langkah pertama harus memberi penguatan medan lebih dahulu? 2. Analisa hasil percobaan 3. Beri kesimpulan lengkap