TUGAS AKHIR PERBANDINGAN PENGEREMAN MOTOR DC PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PERBANDINGAN PENGEREMAN MOTOR D PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING ( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh RIKO EULER SITINJAK DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

2 PERBANDINGAN PENGEREMAN MOTOR D PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING ( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) Oleh: RIKO EULER SITINJAK Disetujui oleh Pembimbing, Ir. SUMANTRI ZULKARNAEN NIP : Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

3 ABSTRAK Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Pada motor arus searah (motor D) energi listrik arus searah diubah menjadi energi mekanis. Konstruksi motor D sangat mirip dengan generator D. Kenyataannya mesin yang bekerja baik sebagai generator akan bekerja baik pula sebagai motor. Pada prinsipnya motor sangat membutuhkan proses penghentian putaran yang cepat, proses penghentian putaran ini disebut juga dengan pengereman. Ada beberapa macam metode yang digunakan dalam pengereman. Diantaranya pengereman dinamik dan pengereman plugging. Pengereman dinamik adalah pengereman motor listrik yang dilakukan dengan melepaskan jangkar sebuah motor yang berputar dari sumber tegangan dan memasangkan tahanan pada terminal jangkar, sedangkan pengereman plugging adalah pengereman motor yang dilakukan dengan membalik polaritas motor. Tulisan ini akan membandingkan antara pengereman dinamik dengan pengereman plugging pada motor arus searah penguatan seri.

4 KATA PENGANTAR Pujian dan ucapan syukur kepada Tuhan atas segala kasih-nya yang menjagai penulis setiap saat selama perkuliahan, dalam pelaksanaan penelitian tugas akhir ini, dan saat penyusunan laporan tugas akhir. 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 : PERBANDINGAN PENGEREMAN MOTOR D PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING ( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU ) Selama masa perkuliahan sampai menyelesaikan tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Sumantri Zulkarnaen, sebagai dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Prof. Ir. Rachman Siregar,selaku dosen wali yang membantu dan memberikan motivasi selama mengikuti perkuliahan di USU. 3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT- USU dan Bapak Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

5 4. Bapak Ir.Mustafrind Lubis, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU. 5. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU. 6. Keluargaku yang kukasihi : bapak, mama, abang-abangku : Parlindungan, Fredy, Leonard, dan adikku Erlius atas doa dan kasih sayangnya. 7. Teman-teman mahasiswa angkatan 03 Teknik Elektro USU, Henri, Horas, Ennopati, Dodi, dan teman-teman yang lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. 8. Teman anggota Kelompok Kecil Theophophilus, Paniel, Hans, Tedi, Teta, Eone, dan juga B Samuel atas semangat dan bimbingannya. 9. Serta semua abang-abang senior dan adik-adik junior yang telah mau barbagi ilmu dan pengalaman kepada penulis. 10. Teman-teman se-pelayanan NHKBP Parsaoran dan NPDR Bromo Ujung atas segala kebersamaannya selama ini yang memberikan banyak kesan dan pelajaran yang berguna. 11. Temanku Nelly yang banyak membantu dan memberikan motivasi dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. 12. Kepada semua pihak yang banyak memberi masukan kepada penulis yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

6 Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan sehingga penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari pembaca dalam penyempurnaan laporan ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan inspirasi bagi pengembangan selanjutnya. Medan, Februari 2008 Penulis Riko Euler Sitinjak

7 DAFTAR ISI Abstrak i Kata Pengantar ii Daftar Isi... v Bab I Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Penulisan Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan Bab II Motor Arus Searah Umum Konstruksi Motor Arus Searah Prinsip Kerja Motor Arus Searah Reaksi Jangkar Membalik Arah Putaran Motor Arus Searah Jenis-Jenis Motor Arus Searah Motor Arus Searah Penguatan Bebas Motor Arus Searah Penguatan Sendiri Motor Arus Searah Penguatan Seri Motor Arus Searah Penguatan Shunt

8 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek Bab III Jenis-Jenis Pengereman Motor Arus Searah Umum Pengereman Dinamik Pengereman Regeneratif Pengereman Plugging.38 Bab IV Perbandingan Pengereman Motor D Penguatan Seri Dengan Metode Dinamik Dan Plugging Besar Tahanan Pengereman Plugging Umum Peralatan Pengujian Spesifikasi Peralatan Rangkaian Pengereman Dinamik Motor D Penguatan Seri Prosedur Pengujian Pengereman Dinamik Data Hasil Pengujian Analisa Data Grafik Pengereman Dinamik Rangkaian Pengereman Plugging Motor D Penguatan Seri Prosedur Pengujian Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Medan Pengereman Plugging Dengan Membalik Arus Jangkar... 52

9 4.11. Data Hasil Pengujian Analisa Data Grafik Pengereman Plugging Perbandingan Pengujian Pengereman Dinamik Dan Plugging Motor D Seri Grafik.. 59 Bab V Kesimpulan Daftar Pustaka

10 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Pada motor arus searah energi listrik yang diubah adalah energi arus searah yang berasal dari sumber tegangan listrik arus searah. Di mana sumber tegangan ini dihubungkan pada rangkaian medan dan rangkaian jangkar dari motor tersebut. Akhir-akhir ini mungkin banyak orang beranggapan bahwa tidak perlu lagi mempelajari motor arus searah karena penggunaannya pada industri-industri sudah sangat kurang. Namun akhirnya beberapa tahun terakhir ini motor arus searah mengalami perkembangan khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Penggunaan motor arus searah dapat kita jumpai pada alat pengangkut di suatu pertambangan, dalam sarana transportasi yaitu pada kereta api listrik dan juga pada mobil yang disuplai oleh baterai. Pemilihan motor arus searah dibandingkan motor sinkron ataupun motor induksi karena mudah dalam pengaturan putaran baik untuk beban yang bervariasi dan juga sistem mesin D sering kali dipergunakan pada pemakaian yang memerlukan rentang kecepatan motor yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran motornya. Pengereman merupakan masalah yang sangat penting dalam motor listrik, karena motor yang sedang berjalan tidak dapat berhenti begitu saja walaupun suplai

11 daya telah diputuskan. Motor yang terus berputar akan mengakibatkan terjadinya bahaya. Dalam memperlambat ataupun menghentikan motor yang sedang berjalan sangat diperlukan sistem pengereman. Jika hanya menggunakan pengereman mekanis saja, tidak bisa menghentikan motor tersebut karena ketika terjadi pengereman mekanis maka akan mengalir arus yang sangat besar pada jangkar, hal ini dapat menimbulkan panas. Oleh sebab itulah sangat diperlukan pengereman secara elektrik. Metode pengereman tersebut adalah pengereman dinamik dan plugging Tujuan Penulisan Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk mempelajari pengereman dinamik dari motor arus searah 2. Untuk mempelajari pengereman plugging dari motor arus searah 3. Untuk mengetahui pengaruh tahanan terhadap waktu pengereman. Manfaatnya adalah agar dapat membandingkan pengereman dinamis dengan pengereman plugging Batasan Masalah Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah : 1. Motor yang dipergunakan adalah motor arus searah penguatan seri

12 2. Motor dianggap berputar dengan kecepatan konstan ataupun dalam keadaan steady state saat dilakukan pengereman. 3. Pada penelitian ini tidak membahas tentang rugi-rugi pada motor arus searah penguatan seri 4. Pada penelitian ini tidak membahas tentang beban yang dipakai pada motor arus searah penguatan seri 1.4. Metode Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah: 1. Studi literatur Penulis melakukan penulisan berdasarkan studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks pendukung yang dapat menunjang penulisan tugas akhir ini. 2. Studi bimbingan Penulis melakukan diskusi dan konsultasi dengan dosen pembimbing dan staf pengajar pada Departemen Teknik Elektro FT-USU lainnya mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini berlangsung. 3. Percobaan Melakukan percobaan di Laboraturium Konversi Energi Elektrik Departemen Teknik Elektro FT-USU untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan selama penulisan tugas akhir ini.

13 1.5. Sistematika Penulisan ABSTRAK BAB I PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode dan sistematika penulisan. BAB II MOTOR ARUS SEARAH (MOTOR D) Bab ini menjelaskan tentang motor arus searah secara umum, prinsip kerja motor arus searah, dan jenis-jenis motor arus searah. BAB III JENIS JENIS PENGEREMAN PADA MOTOR ARUS SEARAH Bab ini menjelaskan tentang jenis pengereman yang ada pada motor arus searah dari pengereman dinamik sampai pengereman plugging. BAB IV PERBANDINGAN PENGEREMAN PADA MOTOR D PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIK DAN PLUGGING Bab ini membahas umum, spesifikasi peralatan, percobaan-percobaan dengan metode pengereman dinamik dan plugging, pengukuran, serta data dan analisa. BAB V PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan-kesimpulan yang didapat dari awal penelitian sampai selesainya penelitian, serta berisikan saran-saran untuk perbaikan di masa yang akan datang.

14 BAB II MOTOR ARUS SEARAH 2.1. Umum Motor arus searah (motor D) adalah mesin yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis yang berupa putaran. Pada prinsip pengoperasiannya, motor arus searah sangat identik dengan generator arus searah. Kenyataannya mesin yang bekerja sebagai generator arus searah akan dapat bekerja sebagai motor arus searah. Oleh sebab itu, sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus searah maupun generator arus searah. Berdasarkan fisiknya motor arus searah secara umum terdiri atas bagian yang diam dan bagian yang berputar. Pada bagian yang diam (stator) merupakan tempat diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnet sedangkan pada bagian yang berputar (rotor) ditempati oleh rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat. Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi magnetik. Di mana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan menghasilkan fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet ini menimbulkan suatu gaya. Penggunaan motor arus searah akhir-akhir ini mengalami perkembangan, khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Motor arus searah digunakan secara luas pada berbagai motor penggerak dengan kecepatan yang

15 bervariasi yang membutuhkan respon dinamis dalam keadaan steady-state. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Itu sebabnya motor arus searah digunakan pada berbagai aplikasi tersebut. Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dapat dilakukan dengan memperbesar atau memperkecil arus yang mengalir pada jangkar menggunakan sebuah tahanan Konstruksi Motor Arus Searah Gambar di bawah ini merupakan konstruksi motor arus searah. Gambar 2.1 Konstruksi motor arus searah bagian stator Gambar 2.2 Konstruksi motor arus searah bagian rotor

16 Keterangan dari gambar tersebut adalah : 1. Rangka atau gandar Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar komponen mesin dan melindungi bagian mesin. Untuk itu rangka harus dirancang memiliki kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen mesin tersebut. Rangka juga berfungsi sebagai tempat mengalirkan fluksi magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan. Rangka dibuat dengan menggunakan bahan ferromagnetik yang memiliki permeabilitas tinggi. Rangka biasanya terbuat dari baja tuang (cast steel) atau baja lembaran (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis dan juga sebagai bagian dari rangkaian magnet. 2. Kutub Medan Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Sepatu kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah : a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung Inti kutub terbuat dari lembaran lembaran besi tuang atau baja tuang yang terisolasi satu sama lain. Kutub medan (inti kutub dan sepatu kutub) direkatkan bersama-sama kemudian dibaut pada rangka. Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga (berbentuk bulat atau persegi) yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran

17 tertentu. Kumparan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk terjadinya proses elektromagnetik. 3. Sikat Sikat adalah jembatan bagi aliran arus ke lilitan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Sikat-sikat terbuat dari bahan karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam-macam dan dalam beberapa hal dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat harus lebih lunak daripada segmen-segmen komutator supaya gesekan yang terjadi antara segmen-segmen komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator. 4. Kumparan Medan Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. Dimana konduktor tersebut terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi. Rangkaian medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama dibentuk dari kumparan pada setiap kutub. Pada aplikasinya rangkaian medan dapat dihubungkan dengan kumparan jangkar baik seri maupun paralel dan juga dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan sesuai dengan jenis penguatan pada motor 5. Jangkar Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar terbuat dari bahan

18 ferromagnetik. Bahan yang digunakan untuk jangkar ini merupakan sejenis campuran baja silikon. 6. Kumparan Jangkar Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Pada motor D penguatan kompon panjang kumparan medan serinya diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada motor D penguatan kompon pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar. Jenis-jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam yaitu: 1. Kumparan jerat (lap winding) 2. Kumparan gelombang (wave winding) 3. Kumparan zig zag (frog-leg winding) 7. Komutator Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator dan sikat. Komutator terdiri dari sejumlah segmen tembaga yang berbentuk lempengan-lempengan yang dirakit ke dalam silinder yang terpasang pada poros. Di mana tiap-tiap lempengan atau segmen-segmen komutator terisolasi dengan baik antara satu sama lainnya. Bahan isolasi yang digunakan pada komutator adalah mika. Agar dihasilkan tegangan arus searah yang konstan, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. 8. elah Udara elah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan sepatu

19 kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan Prinsip Kerja Motor Arus Searah (a) (b) (c) Gambar 2.3 Pengaruh penempatan konduktor pengalir arus dalam medan magnet Setiap konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet disekelilingnya. Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam konduktor. H = N I l Lilitan ampere /meter

20 Di mana : H = Kuat medan magnet (Lilitan ampere/meter) N = Banyak kumparan (Lilitan) I = Arus yang mengalir pada penghantar (Ampere) l = Panjang dari penghantar (meter) Pada gambar 2.3(a) menunjukkan sebuah medan magnet seragam yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan.. Sedangkan gambar 2.3(b) menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus searah dan menghasilkan medan magnet (garis-garis gaya fluksi) disekelilingnya. Jika konduktor yang dialiri arus tersebut ditempatkan di dalam medan magnet seragam, maka interaksi kedua medan akan menimbulkan medan yang tidak seragam seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3 (c). Sehingga kerapatan fluksi akan bertambah besar di atas sebelah kanan konduktor (dekat kutub selatan) dan di bawah sebelah kiri konduktor (dekat kutub utara) sedangkan kerapatan fluksi menjadi berkurang di atas sebelah kiri konduktor dan di bawah sebelah kanan konduktor. Kerapatan fluksi yang tidak seragam ini menyebabkan konduktor di sebelah kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan konduktor di sebelah kanan akan mengalami gaya ke bawah. Kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam. Prinsip dasar di atas diterapkan pada motor D. Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar 2.4 berikut:

21 Gambar 2.4 Prinsip kerja motor arus searah Berdasarkan gambar di atas kedua kutub stator dibelitkan dengan konduktorkonduktor sehingga membentuk kumparan yang dinamakan kumparan stator atau kumparan medan. Kumparan medan tersebut dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka pada kumparan medan itu akan mengalir arus medan (I f ). Kumparan medan yang dialiri arus ini akan menimbulkan fluksi utama yang dinamakan fluksi stator. Fluksi ini merupakan medan magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan (hal ini dapat dilihat dengan adanya garis garis fluksi). Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar, berdasarkan hukum Lorenzt kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya, maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. 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

22 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 : di mana : F = B. I. l Newton I = Arus yang mengalir pada konduktor jangkar (Ampere) B = Kerapatan fluksi (Weber/m 2 ) l = Panjang konduktor jangkar (m) Maka, besar gaya keseluruhan yang ditimbulkan oleh jumlah total konduktor jangkar z adalah : F = z. B. I.. l Newton Gaya yang terjadi pada kumparan jangkar di atas akan menghasilkan torsi yang besarnya adalah : T a = F. r Newton-meter Maka, T a = z. B. I. l. d / 2 Newton- meter berputar. Apabila torsi start lebih besar dari pada torsi beban maka jangkar akan Banyaknya garis fluksi yang menembus konduktor jangkar adalah : φ = B.A d. l φ = B. π P

23 Dengan mensubtitusikan persamaan 2.5 dan I a = a.i ke persamaan 2.6 sehingga diperoleh : T a φ. P I a = z.. l. d π. d. l a / 2 P. z T a =. φ. I a Newton-meter π. a Atau, T = k.φ. I Newton-meter a a Dimana : T a = torsi (Newton-meter) φ = fluksi setiap kutub (weber) I a = arus jangkar (ampere) k P. z = = konstanta 2. π. a P = jumlah kutub z = jumlah total konduktor jangkar a = jalur paralel konduktor jangkar Pada satu kali putaran gaya F akan menghasilkan kerja sebesar F.2 π.r Joule sehingga daya mekanik (P m ) yang dibangkitkan oleh jangkar untuk n rpm sebesar: n P m = F. 2 π. r. Watt n P m = (F. r). 2 π. 60 Daya yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berubah jadi daya mekanik juga tergantung dari ggl lawan dan arus jangkarnya, sehingga dapat dituliskan :

24 n E a. I a = T a. 2 π. 60 Sehingga, T a = Ea. Ia n 2π. 60 Newton meter T a = Ea. Ia ω Newton meter di mana, T a = torsi (Newton-meter) E a = gaya gerak listrik induksi (volt) I a = arus jangkar (ampere) ω = kecepatan sudut (rad/detik) Bila kumparan jangkar dari motor berputar dalam medan magnet dan memotong fluksi utama maka sesuai dengan hukum induksi elektromagnetis maka pada kumparan jangkar akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi rotasi yang arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan, di mana arahnya berlawanan dengan tegangan yang diberikan ke jangkar atau tegangan terminal. Karena arahnya melawan maka ggl induksi ini disebut ggl lawan, yang besarnya : dφ e = N volt dt dengan, φ = φm sin ω t e = N ( φ sin t) d m ω dt e = N. ω. φm cos ω t volt Besarnya ggl induksi maksimum dalam satu belitan adalah :

25 Harga rata ratanya adalah : e maks = ω. φ m volt e r = π 2. emaks volt 2 e r =. ω. φ m volt π Pada satu putaran jangkar berkutub 2, ggl melalui satu periode. Jika jangkar itu mengadakan n rpm, maka bagi satu periode lamanya t, adalah : t = 1 f 1 60 t = = detik n n 60 Sedangkan untuk jangkar berkutub P, maka : t = 60 n. p 2 detik Dalam satu periode dilalui sudut yang besarnya 2 π radial, sehingga : ω = 2π t 2 Jika, Ea = e r =. ω. φ m volt π Maka, 2 2 π E a =.. φ m volt π t 1 E a = 4.. φ m volt t E a = n.p. m φ volt

26 Jangkar memuat N belitan yang terdiri a cabang paralel (cabang jangkar) sehingga tiap cabang jangkar akan mempunyai a N buah belitan yang tersambung seri, sehingga: n.p N E a = φ m volt a 60 Jika jumlah batang penghantar z, maka N = 2 z Maka, E a = 4. n.p z. 2. φ m volt 2a 60 E a = P. z 60. a. n. φ m volt Oleh karena P. z bernilai konstan, maka diperoleh : 60a E a = k a.n. φm volt Dimana : n = Kecepatan putaran (rpm) E a = Gaya gerak listrik induksi (volt) φ = Fluksi setiap kutub (Weber) P. z k a = = konstanta 60a

27 2.4 Reaksi Jangkar Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh mengalirnya arus pada jangkar, di mana jangkar tersebut berada di dalam medan magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya 2 hal, yaitu : 1. Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama. 2. Magnetisasi silang. Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak dialiri oleh arus, maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub utara menuju kutub selatan seperti pada gambar 2.5 berikut ini : Bidang Netral Magnetis U S Sikat O F M Gambar 2.5 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan Dari gambar 2.5 dapat dijelaskan bahwa : Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis. Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis. Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor di mana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet sehingga gaya gerak listrik

28 induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari gambar 2.5 sikat selalu ditempatkan di sepanjang bidang netral magnetis. Oleh karena itu, bidang netral magnetis juga disebut sebagai sumbu komutasi karena pembalikan arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OF M mewakili besar dan arah dari fluksi medan utama, di mana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral magnetis. Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar timbul ggm atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada gambar 2.6 berikut ini : Bidang Netral Magnetis O U S F A Gambar 2.6 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar ditentukan dengan aturan putaran sekrup (cork-screw rule). Besar dan arah garis gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OF A yang sejajar dengan bidang netral magnetis. Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar dan konduktor medan sama- sama dialiri oleh arus listrik, distribusi fluksi resultan diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami

29 pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari gambar 2.7 berikut ini: ω U S Bidang netral magnetis baru β O FA Bidang netral magnetis lama FM Fr Gambar 2.7 Hasil kombinasi antara fluksi medan dan fluksi jangkar Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang fluksi medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan memperkuat fluksi medan utama pada setengah bagian yang lain. Hal ini jelas akan menyebabkan penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan terjadi kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang sama. Efek dari intensitas medan magnet atau lintasan fluksi pada jangkar yang memotong lintasan fluksi medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar magnetisasi-silang (crossmagnetization). Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.7 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OF A dan OF M, serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran

30 bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat sikat. Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan titik jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Pengaruh kejenuhan magnetik terhadap fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan bantuan gambar 2.8 sebagai berikut: Φ y x z O B B gg Gambar 2.8 Kurva pemagnetan saat terjadi reaksi jangkar Misalkan fluks sebesar Ox adalah fluksi dihasilkan medan utama tanpa dipengaruh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya reaksi jangkar pertambahan-pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada kutub medan sebesar B ampere-lilitan. Pada lokasi di permukaan kutub di mana gaya gerak magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub terjadi penambahan kerapatan fluks

31 sebesar xy. Sedangkan pada lokasi permukaan kutub di mana ggm rotor mengeliminir ggm kutub terjadi penurunan kerapatan fluksi sebesar xz, di mana harga xz lebih besar dari pada xy. Oleh karena itu, penjumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang. Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik Membalik Arah Putaran Motor Arus Searah Dari persamaan T. a = k.φ I a jika a I negatif maka T a negatif, demikian juga halnya jika φ negatif maka T a negatif. Sehingga untuk membalik arah putaran motor D dapat dilakukan dengan 2 cara : 1. membalik arah arus jangkar, arah arus penguat tetap 2. membalik arah arus penguat, arah arus jangkar tetap membalik arah putaran motor D dapat dijelaskan dengan bantuan gambar berikut: Gaya (F) rotasi rotasi Gaya (F) U S U S Gaya (F) Gaya (F) ( a ) ( b )

32 rotasi Gaya (F) S U Gaya (F) ( c ) Gambar 2.9 Prinsip membalik arah putaran motor arus searah Apabila pada kumparan jangkar mengalir arus yakni arus jangkar, maka dari hukum Lorenzt kita ketahui bahwa apabila sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya, maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. Pada gambar 2.9 ( a ) terlihat dua gaya, kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam. Pada gambar 2.9 ( b ) ditunjukkan arah arus jangkar dibalik sedangkan kutub-kutub tetap, sesuai dengan kaidah tangan kiri maka arah putaran berubah menjadi berlawanan arah dengan putaran semula. Jika kutub dirubah, arah arus jangkar tetap ditunjukkan pada gambar 2.9 ( c ), sesuai dengan kaidah tangan kiri maka putaran sekarang juga akan berubah. Apabila arah arus jangkar dan kutub-kutub magnet keduanya diubah arah putaran akan tetap.

33 2.6. Jenis-jenis Motor Arus Searah Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis penguatannya, yaitu hubungan rangkaian kumparan medan dengan kumparan jangkar. Sehingga motor arus searah dibedakan menjadi : 1. Motor arus searah penguatan bebas 2. Motor arus searah penguatan sendiri Motor Arus Searah Penguatan Bebas Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Di mana kumparan medan disuplai dari sumber tegangan D tersendiri. Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan bebas dapat dilihat pada gambar di bawah ini: + I a I f + V t R a E a - R f V f - Gambar 2.10 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan bebas Dari rangkaian tersebut berdasarkan hukum Kirchoff tentang tegangan diperoleh persamaan: V t = E a + I a.r a + Vsikat V f = I f. R f

34 di mana: V t R a I f V f R f E a = tegangan terminal jangkar motor arus searah (volt) = tahanan jangkar (ohm) = arus medan penguatan bebas (ampere) = tegangan terminal medan penguatan bebas (volt) = tahanan medan penguatan bebas (ohm) = gaya gerak listrik motor arus searah (volt) Vsikat = jatuh tegangan pada sikat (volt) Umumnya jatuh tegangan pada sikat relatif kecil sehingga besarnya dapat diabaikan. Dan untuk rumus selanjutnya Vsikat ini diabaikan Motor Arus Searah Penguatan Sendiri Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan medan berhubungan langsung dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat dihubungkan secara seri maupun paralel dengan kumparan jangkar. Dan juga dapat dihubungkan dengan keduanya,yaitu secara seri dan paralel, tergantung pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor. Motor arus searah penguatan sendiri terdiri atas: 1. Motor arus searah penguatan seri 2. Motor arus searah penguatan shunt 3. Motor arus searah penguatan kompon panjang Motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif (bantu) Motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial (lawan)

35 4. Motor arus searah penguatan kompon pendek Motor arus searah penguatan kompon pendek komulatif (bantu) Motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial (lawan) Motor Arus Searah Penguatan Seri berikut: Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan seri adalah sebagai + R s I L I S I a V t R a + E a - - Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar. Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan seri adalah: V t = E a + I s.r s + I a. R a Karena, I L = I a = I s Maka V t = E a + I a (R a + R s ) di mana : I s = arus kumparan medan seri (Ampere)

36 R s I L = tahanan medan seri (ohm) = arus dari jala jala (Ampere) Motor Arus Searah Penguatan Shunt Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada gambar di bawah: + I L I sh I a + V t R sh R a E a - - Gambar 2.12 Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan shunt Pada motor shunt kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan kumparan jangkar. Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor shunt adalah: V t = E a + I a.r a I sh = V t R sh I L = I a + I sh di mana : I sh R sh = arus kumparan medan shunt (Ampere) = tahanan medan shunt (Ohm)

37 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang adalah sebagai berikut: + R s V t I L I sh R sh I s R I a + a E - a - Gambar (a) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial (lawan) Pada motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan atau sesuai aturan dot, salah satu arus medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot, sehingga fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi. Pada motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama atau dikarenakan kedua arus medannya sama sama memasuki dot, sehingga fluksi yang dihasilkannya saling menguatkan.

38 +. R s V t I L I sh. R sh I s R a I a + E a - - Gambar (b) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif (bantu) Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan kompon panjang adalah: V t = E a + I a R a + I s R s I L = I a + I sh I s = I a Maka V t = E a + I a ( R a + R s ) V t I sh = R sh Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek adalah sebagai berikut:

39 + R s IL I I I a s sh + V t R sh R a E a - - Gambar (a) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial (lawan) Pada motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan, sehingga fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi. + R s IL I s I sh I a V t R sh R a E a - - Gambar (b) Rangkaian ekuivalen motor arus searah penguatan kompon pendek komulatif (bantu) Pada motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkannya saling menguatkan.

40 Persamaan - persamaan yang berlaku pada motor arus searah penguatan kompon pendek adalah: V t = E a + I a R a + I s R s I L = I s = I a + I sh I V I R t s s sh = R sh

41 BAB III JENIS-JENIS PENGEREMAN MOTOR ARUS SEARAH 3.1. Umum Sebuah motor listrik dapat berhenti berputar diakibatkan adanya gesekan yang terjadi pada motor. Namun, tentu saja hal ini membutuhkan waktu yang lama. Untuk dapat menghentikan motor dalam waktu yang relatif singkat dilakukan pengereman. Pengereman motor arus searah adalah suatu usaha atau gaya yang diberikan terhadap motor arus searah yang sedang berputar agar motor mengalami perlambatan ataupun berhenti dalam waktu yang singkat. Pada motor listrik seperti motor-motor traksi dan motor yang digunakan untuk alat pengangkat, pengereman merupakan suatu persoalan yang sangat penting. Di mana suatu sistem pengereman sangat menentukan keamanan dan keselamatan pada motor yang digunakan pada berbagai aplikasi. Sebuah motor yang digunakan sebagai penggerak pada suatu lintasan yang menurun, misalkan pada kereta api listrik yang menuruni lereng bukit atau sebuah elevator yang mengangkut penumpang dan beban akan mengalami percepatan akibat energi potensial. Sehingga motor akan berputar semakin cepat hingga suatu kecepatan yang tidak terkontrol dan ini sangat berbahaya. Oleh sebab itulah sebuah motor harus diberikan pengereman agar kecepatannya berkurang. Pengereman dapat dilakukan secara mekanis dan elektris. Penggunaan rem secara mekanis untuk memperlambat dan menghentikan motor sangatlah terbatas.

42 Di mana prinsip kerja rem mekanis ini adalah dengan menjepit bagian yang berputar pada motor agar motor semakin lambat putarannya dan akhirnya berhenti. Namun permasalahan yang dihadapi dalam pengereman mekanis ini adalah jika motor yang direm berputar dengan cepat pada lintasan menurun dan panjang maka gesekan yang terjadi pada rem akan membuat temperatur rem sangat panas. Sehingga pada keadaan ini rem membutuhkan waktu yang lama untuk melepaskan panas agar rem menjadi dingin dan dapat beroperasi kembali. Ini tentunya tidak mungkin karena motor harus bekerja lagi. Permasalahan inilah yang menyebabkan pengereman elektris menjadi sangat dibutuhkan. Pengereman elektris dapat memperlambat motor yang sedang berputar dan menghentikannya dalam waktu yang singkat dan dapat pulih dalam waktu yang cepat. Sehingga ini sangatlah bermanfaat karena motor akan dapat terus dioperasikan kembali. Kelemahan pada pengereman elektris adalah ketidakmampuannya menahan beban. Ini disebabkan gaya pengereman akan menurun jika kecepatan berkurang dan pada saat motor berhenti maka tidak ada lagi gaya pengereman. Sehingga motor yang sudah berhenti tidak dapat dipertahankan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pengereman elektris akan memberikan gaya pengereman yang sangat besar pada putaran yang cepat sedangkan pengereman mekanis sangat baik bekerja pada putaran yang lambat dan disamping itu juga dapat menahan motor yang sudah berhenti maka kombinasi pengereman mekanis dan elektris akan menghasilkan suatu sistem pengereman yang sangat baik.

43 Pengereman pada motor D dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu: 1. Pengereman dinamik 2. Pengereman regeneratif 3. Pengereman plugging 3.2. Pengereman Dinamik Pengereman dinamis merupakan suatu metode pengereman motor listrik yang sangat praktis dan memberikan gaya pengereman yang sangat baik. Pengereman ini sangat efisien pada sistem pengereman untuk waktu yang sangat singkat karena motor dapat berhenti dengan cepat. Pengereman ini dilakukan dengan memutuskan suplai tegangan ke sebuah motor yang sedang berjalan lalu dihubungkan dengan sebuah tahanan pada terminal jangkarnya. Sehingga motor akan berlaku sebagai generator yang mengalirkan arus menuju tahanan. Keadaan ini akan menyebabkan energi yang dihasilkan oleh jangkar akibat dari putaran akan dilepas melalui tahanan dalam bentuk panas. Berikut gambar pengereman dinamik dari motor arus searah penguatan seri. Rs Rs Is Ia Is Ia Vt Ra Ea Rb Ra Ea a. sebelum pengereman b. pada saat pengereman Gambar 3.1 Rangkaian pengereman dinamis motor dc penguatan seri

44 Rangkaian pengereman dinamik motor arus searah penguatan seri dapat dikendalikan dengan menggunakan kontaktor magnetik. Dengan mengenergize sebuah oil pada rangkaian kontrol yang mengendalikan semua kontaktor magnetik pada rangkaian pengereman dinamik motor D penguatan seri, maka motor tersebut akan secara otomatis melakukan pengereman tanpa harus melakukan penekanan saklar secara manual. Keadaan ini mempermudah pengereman karena semua berjalan secara otomatis. Rangkaian kontrol pengereman dinamis pada motor arus searah penguatan seri ditunjukkan pada gambar berikut: Stop Start Gambar 3.2 Rangkaian kontrol pengereman dinamik 1 Rs 2 4 E F GA Vt Rb Ra M HB 7 8 Gambar 3.3. Rangkaian pengereman dinamik motor D penguatan seri

45 Gambar 3.3 menunjukkan rangkaian pengereman dinamik motor D penguatan seri. Mula-mula tegangan terminal (Vt) sama dengan nol sehingga motor masih dalam keadaan diam. Secara perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal. Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan medan dari arah E ke F serta melalui kumparan jangkar dari arah GA ke HB. Kemudian tombol START pada rangkaian kontrol pengereman dinamik (gambar 3.1) ditekan maka Rele, sehingga akan menutup Normally Open dan juga akan membuka Normally lose. Pada kondisi ini suply tegangan terminal Vt akan terlepas dari kumparan jangkar dan medan. Seketika itu juga sebuah tahanan Rb akan terhubung dengan rangkaian dan tahanan ini akan beerfungsi sebagai tahanan pengereman. Dalam hal ini arus yang mengalir pada kumparan medan akan tetap arahnya dari E ke F sehingga pada keadaan ini motor akan tetap berputar tapi motor berlaku sebagai generator dan arus pengereman akan mengalir melalui tahanan pengereman Rb. Energi yang dimiliki oleh jangkar yang diakibatkan oleh perputaran akan dilepas melalui tahanan dalam bentuk panas yang menyebabkan kecepatan motor berkurang dan akhirnya berhenti. Ketika pengereman dilakukan, besarnya arus yang mengalir pada waktu pengereman plugging motor D penguatan seri dirumuskan sebagai berikut : Ia rem = E a Rb + Ra + Rs = cnφ Rb + Ra + Rs dimana Ra adalah tahanan jangkar, Rs adalah tahanan medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar, dan Rb adalah tahanan pengereman.

46 Sehingga besar Torsi pengeremannya adalah : T T T rem rem rem = k. Ia cnφ = k φ Rb + Ra + Rs 2 = k nφ 2 rem φ dimana: k 2 = kc Rb + Ra + Rs 3.3. Pengereman Regeneratif Pada pengereman regeneratif ini energi yang tersimpan pada putaran dikembalikan kepada sistem jala-jala. ara ini biasanya dipakai pada kereta api listrik. Ketika kereta api berjalan menuruni lereng bukit maka kecepatan motor laju sekali meskipun tegangan yang diberikan tetap. Dengan bertambahnya kecepatan motor yang melebihi kecepatan nominalnya maka besar E a akan lebih besar dari V t. Sehingga ini akan mengakibatkan daya dikembalikan kepada sistem jala-jala untuk keperluan lain. Pada saat daya dikembalikan ke jala-jala kecepatan menurun dan proses pengereman berlangsung seperti pengereman dinamik. Namun pada motor dc penguatan seri, pengereman regenaritif lebih rumit untuk dilakukan. Karena dengan menaikkan kecepatan dari motor maka fluksi yang dihasilkan akan menurun sehingga gaya gerak listrik induksi yang dihasilkan akan mendekati harga tegangan terminal Vt namun tidak melebihi tegangan terminal tersebut. Pengereman regeneratif pada motor dc penguatan seri dapat dilakukan dengan mengubah medan serinya menjadi medan shunt. Pengereman regeneratif motor seri biasanya dilakukan pada motor traksi.

47 3.4. Pengereman Plugging Yang dimaksud dengan pengereman plugging atau pengereman mendadak adalah pengereman suatu motor dalam waktu yang sangat singkat dan tiba-tiba. Prinsip pengereman plugging ini adalah dengan membalik polaritas sebuah motor arus searah. Pengereman ini dilakukan dengan cara membalik putaran motor yang sedang berputar. Membalik putaran motor dapat dilakukan dengan cara membalik arah arus medan ( I f ) atau membalik arah arus jangkar ( I a ). Pada saat motor berputar pada kecepatan nominal, jika salah satu dari arus jangkar atau arus medan dibalik arahnya maka timbul torsi baru yang berlawanan arah dengan torsi mula mula. Torsi ini dipengaruhi oleh besar arus yang mengalir pada tahanan jangkar. Untuk membatasi arus yang mengalir pada jangkar dipasang tahanan yang diserikan dengan tahanan jangkar. Besar tahanan inilah yang mempengaruhi waktu mulai saat pengereman dilakukan sampai motor berhenti. Pada pengereman plugging, saat kecepatan putaran motor menjadi nol maka sumber tegangan harus dilepas dari kumparan jangkar, jika pada kumparan jangkar masih tetap mengalir arus maka motor akan kembali berputar dengan arah yang berlawanan. Pengereman plugging pada motor D penguatan shunt dan motor D penguatan seri dapat dilakukan dengan 2 cara : 1. Dengan membalik arah arus medan ( I f ) 2. Dengan membalik arah arus jangkar ( I a )

48 Rs Rs Is Ia Is Ia Vt Ra Ea Vt Ra Ea a. sebelum pengereman b. saat pengereman Rs Is Ia Vt Ra Ea c. saat pengereman Gambar 3.4 Rangkaian pengereman plugging motor dc penguatan seri Rangkaian pengereman plugging motor arus searah penguatan seri dapat dikendalikan dengan menggunakan kontaktor magnetik. Dengan mengenergize sebuah oil pada rangkaian kontrol yang mengendalikan semua kontaktor magnetik pada rangkaian pengereman dinamik motor D penguatan seri, maka motor tersebut akan secara otomatis melakukan pengereman tanpa harus melakukan penekanan saklar secara manual. Hal ini mempermudah pengereman karena semua berjalan secara otomatis. Rangkaian kontrol pengereman plugging pada motor arus searah penguatan seri ditunjukkan pada gambar berikut. Stop Start Gambar 3.5. Rangkaian kontrol pengereman plugging.

49 1. Pengereman plugging motor D Seri dengan cara membalik arah arus medan (I f ) 1 Rs 2 E F 4 3 GA Vt Ra HB M Rb Gambar 3.6.a. Rangkaian pengereman plugging motor D Seri dengan cara membalik arah arus medan (I f ) Rangkaian dibuat seperti gambar 3.6. (a). Mula-mula tegangan terminal (Vt) sama dengan nol sehingga motor dalam masih keadaan diam. Kemudian secara perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal. Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan medan dari arah E ke F serta melalui kumparan jangkar dari arah GA ke HB kemudian tombol START pada rangkaian kontrol pengereman plugging (gambar 3.3) ditekan sehingga rele energize yang menyebabkan Normally lose membuka dan Normally Open menutup. Pada kondisi ini arus yang mengalir pada kumparan medan akan berbalik arah yaitu dari arah F ke E sedangkan arus yang mengalir pada kumparan jangkar arahnya tetap. Hal ini menyebabkan timbulnya torsi yang baru yang berlawanan arah dengan torsi mula-mula sehingga mengurangi kecepatan motor sampai akhirnya berhenti. Setelah kecepatan motor mencapai nol maka sumber tegangan Vt dilepas untuk menghindari

50 motor berputar pada arah yang berlawanan. Pada saat pengereman dilakukan rangkaian terhubung dengan tahanan pengereman Rb yang berfungsi untuk menjaga agar arus yang mengalir pada kumparan jangkar tidak terlalu besar. 2. Pengereman plugging motor D Seri dengan cara membalik arah arus jangkar (I a ) E Rs F 2 Vt 1 3 GA Ra M HB 4 Rb Gambar 3.6.b. Rangkaian pengereman plugging motor D Seri dengan cara membalik arah arus jangkar Rangkaian dibuat seperti gambar 3.6. (b). Mula-mula tegangan terminal (Vt) sama dengan nol sehingga motor dalam masih keadaan diam. Kemudian secara perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal. Pada kondisi ini arus mengalir pada kumparan medan dari arah E ke F serta melalui kumparan jangkar dari arah GA ke HB kemudian tombol START pada rangkaian kontrol pengereman plugging (gambar 3.3) ditekan sehingga rele energize yang menyebabkan Normally lose membuka dan Normally Open menutup. Pada kondisi ini arus yang mengalir pada kumparan jankar akan berbalik arah yaitu dari

51 arah HB ke GA sedangkan arus yang mengalir pada kumparan medan arahnya tetap. Hal ini menyebabkan timbulnya torsi yang baru yang berlawanan arah dengan torsi mula-mula sehingga mengurangi kecepatan motor sampai akhirnya berhenti. Setelah kecepatan motor mencapai nol maka sumber tegangan Vt dilepas untuk menghindari motor berputar pada arah yang berlawanan. Pada saat pengereman dilakukan rangkaian terhubung dengan tahanan pengereman Rb yang berfungsi untuk menjaga agar arus yang mengalir pada kumparan jangkar tidak terlalu besar. Ketika pengereman dilakukan, Ea dan Vt saling mendukung dan besarnya arus yang mengalir pada waktu pengereman plugging motor D penguatan seri dirumuskan sebagai berikut : I a(rem) = I a(rem) = I a(rem) = Vt + Ea Rb + Ra + Rs Vt Ea + Rb + Ra + Rs Rb + Ra + Rs Vt cnφ + Rb + Ra + Rs Rb + Ra + Rs dan besarnya torsi pengereman adalah : Vt cnφ T rem = k 1. φ. + Rb + Ra + Rs Rb + Ra + Rs T rem = 2 T rem = k 4 φ + k 5 φ k Vt k cn + Rb + Ra + Rs Rb + Ra + Rs φ φ di mana Rb adalah tahanan pengereman plugging motor.

52 BAB IV PERBANDINGAN PENGEREMAN PADA MOTOR D PENGUATAN SERI DENGAN METODE DINAMIS DAN PLUGGING 4.1. Umum Pada pengereman elektris, energi kinetik dari bagian yang berputar dikonversikan menjadi energi listrik yang didisipasikan pada suatu tahanan sebagai panas. Untuk pengereman dinamik ketika sebuah motor arus searah penguatan seri sedang berputar dan tiba-tiba sumber tegangan dilepas dari kumparan jangkar, maka motor tidak lagi mendapat daya dari jala-jala. Namun motor tersebut masih memiliki energi karena rotornya masih berputar dan berlaku sebagai generator. Tegangan induksi yang dibangkitkan oleh generator tersebut adalah Ea = cnφ. Lalu ketika sebuah tahanan terhubung dengan kumparan jangkar maka tahanana ini akan berfungsi sebagai tahanan pengereman. Pada pengereman plugging, ketika pengereman dilakukan akan timbul arus yang cukup besar pada kumparan jangkar. Hal ini disebabkan karena pada saat pengereman tegangan sumber (Vt) menjadi searah dengan gaya gerak listrik pada kumparan jangkar (Ea). Untuk membatasi arus yang mengalir pada jangkar maka dibuat tahanan yang dipasang seri dengan tahanan jangkar. Besarnya tahanan yang diserikan dengan tahanan jangkar ini mempengaruhi lamanya waktu pengereman.

53 4.2 Peralatan Pengujian 1. Motor Arus Searah AEG 1,2 KW 2. Generator Arus Searah AEG 2 KW 3. 1 Unit Power Pack MV Unit Tahanan Geser 5. Volt meter 6. Ampere meter 7. Magnetic ontactor 8. Stop Watch 4.3 Spesifikasi Peralatan Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah motor arus searah AEG tipe Gd 110/110 dengan penguatan dengan data-data sebagai berikut P I L I sh N = 1,2 KW = 7,1 A = A = 1400 rpm Lap Winding Jumlah Kutub = 2 Komutator = 81 Kelas Isolasi = B Hasil Pengukuran : Tahanan medan seri (E-F) Tahanan Jangkar (GA-HB) = 0,6 Ω = 3,84 Ω