STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SERI

Transkripsi

1 STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SERI Tugas Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh : IJA SEMBIRING NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2007

2 STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SERI Oleh : IJA SEMBIRING NIM Tugas Akhir Ini Diajukan Untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Sidang Pada Tanggal 15 Bulan Desember Tahun 2007 Di Depan Penguji : 1. Ir. Sumantri Zulkarnaen : Ketua Penguji 2. Ir. EddyWarman : Anggota Penguji 3. Ir. Djendanari Sembiring : Anggota Penguji Disetujui Oleh : Diketahui Oleh : Pembimbing, Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Ir. Satria Ginting Prof. Dr. Ir. Usman Baafai Nip : Nip :

3 ABSTRAK Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik berupa putaran rotor. Motor arus searah terdiri atas dua bagian yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak (rotor). Dalam dunia industri motor arus searah penguatan kompon panjang banyak digunakan terutama untuk menggerakkan beban yang membutuhkan kecepatan putaran yang relatif konstan. Pengaturan putaran pada motor arus searah penguatan kompon panjang mutlak diperlukan untuk mendapatkan putaran motor sesuai dengan yang diinginkan. Motor arus searah penguatan kompon panjang mempunyai pengaturan kecepatan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Dalam tugas akhir ini akan dibahas salah satu cara untuk mengatur kecepatan motor arus searah yaitu dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt. Metode ini menggunakan dua tahanan variabel R 1 dan R 2. Tahanan variabel R 1 ditempatkan secara seri dengan medan shunt sedangkan tahanan variabel R 2 ditempatkan secara seri dengan jangkar. Dengan metode ini motor arus searah penguatan kompon panjang akan dapat bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal.

4 KATA PENGANTAR Dengan segala puji dan syukur penulis ucapkan pada Tuhan Yesus Kristus atas Rahmat, Anugrah dan Kasih Karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun judul dari Tugas Akhir ini yakni : STUDI PERBANDINGAN PENGGUNAAN RHEOSTAT DAN AUTO-TRANSFORMATOR UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SERI Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Selama penyusunan Tugas Akhir ini penulis mendapat banyak bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan banyak terimakasih kepada orang tua tercinta Bapak B. Sembiring dan Ibu R. Br Surbakti, yang telah bersusah payah memberi bantuan, dukungan dan doa yang tak henti-hentinya selama penulis mengikuti perkuliahan hingga menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

5 1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Drs. Hasdari Helmi, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Ir.Satria Ginting, selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah meluangkan waktunya untuk membimbing, membantu dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU. 6. M. Ade Sumarta, selaku Asisten Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU yang telah membantu penulis dalam pengambilan data pada Lab. Konversi Energi Listrik FT-USU dan juga untuk Bang Roy serta asisten Lab.Konversi yang lainnya. 7. Seluruh pihak yang telah banyak memberikan bantuan dan dukungan yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Semoga Tuhan Yang Maha Kuasa senantiasa melimpahkan berkat-nya untuk kita semua. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap pembaca, Terimakasih. Medan, Desember 2007 Penulis

6 (Ija Sembiring) DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 I.3 Batasan Masalah... 2 I.4 Metode Penulisan... 3 I.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II MOTOR ARUS SEARAH II.1 Umum... 5 II.2 Konstruksi Motor DC... 6 II.3 Prinsip kerja Motor arus searah II.4 Reaksi jangkar II.4.1 Cara mengatasi reaksi jangkar... 20

7 II.5 Jenis-jenis motor arus searah II.6 Karakteristik Motor Arus Searah Seri II.6.1 Karakteristik Torsi II.6.2 Karakteristik Perputaran II.6.3 Karakteristik Mekanis BAB III PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI III.1 Umum III.2 Pengaturan Tegangan Terminal III.3 Pengaturan Tahanan Jangkar III.4 Pengaturan Fluks Magnetik III.4.1 Pengaturan Tahanan Seri Medan Shunt III.4.2 Pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar dan Medan Shunt 29 BAB IV PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGUNAKAN TAHANAN RHEOSTAT IV.1 Umum IV.2 Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri Untuk Pengaturan Tahanan Seri Pada Medan Shunt IV.2 Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri Untuk Pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar IV.3 Pengaturan Kecepatan Motor DC Seri Untuk Pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar... 33

8 BAB V ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGUNAKAN AUTO-TRANSFORMATOR V.1 Jenis Komponen dan Spesifikasi Peralatan di Laboratorium V.2 Rangkaian Pengujian V.2.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Medan Shunt V Prosedur Pengujian V Data Hasil Pengujian V Grafik Karakteristik V.2.2 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar V Prosedur Pengujian V Data Hasil Pengujian V Grafik Karakteristik V.2.3 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC untuk pengaturan Tahanan Seri Pada Jangkar dan Medan Shunt V Prosedur Pengujian V Data Hasil Pengujian V Grafik Karakteristik V.3 Hasil Grafik Karakteristik Motor DC Seri BAB VI KESIMPULAN VI.1 Kesimpulan... 53

9 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BAB I PENDAHULUAN I.I Latar Belakang Motor adalah mesin yang merubah energi listrik menjadi energi mekanis. Pada motor arus searah (motor DC) energi listrik yang diubah adalah energi listrik arus searah. Sumber tegangan disuplai melalui rangkaian medan maupun rangkaian jangkar motor tersebut. Dalam dunia industri motor arus searah banyak digunakan sebagai motor penggerak. Pemilihan motor arus searah sebagai motor penggerak dibandingkan motor induksi maupun motor sinkron karena motor arus searah memiliki rentang pengaturan kecepatan yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran rotornya. Pengaturan kecepatan motor arus searah juga sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Pada motor arus searah penguatan kompon panjang jika beban bertambah, kecepatan motor cenderung menjadi lambat. Pengaturan kecepatan motor arus

10 searah penguatan kompon panjang dapat dilakukan dengan cara menyisipkan tahanan variabel yang dihubungkan secara seri dengan medan shunt. Akan tetapi motor arus searah penguatan kompon panjang tidak dapat berputar pada kecepatan diatas nominalnya. Kekurangan ini dapat diatasi dengan metode pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt. Metode ini menggunakan dua tahanan variabel R 1 dan R 2. Tahanan variabel R 1 ditempatkan secara seri dengan medan shunt sedangkan tahanan variabel R 2 ditempatkan secara seri dengan jangkar. Pada metode ini motor arus searah penguatan kompon panjang dapat bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal. Penambahan tahanan jangkar untuk kerja diatas kecepatan nominal sedangkan penambahan tahanan medan shunt untuk kerja dibawah kecepatan nominal. Dengan demikian metode ini memberikan pengaturan yang lebih baik dibandingkan dengan hanya menambah tahanan pada medan shunt. I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan Adapun tujuan utama penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui pengaruh tahanan seri pada jangkar dan medan shunt terhadap pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang. Sedangkan manfaat tugas akhir ini dengan diketahuinya pengaruh tahanan seri pada jangkar dan medan shunt terhadap pengaturan kecepatannya maka dapat diaplikasikan pada pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan metode ini.

11 I.3 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 digunakan adalah motor arus searah penguatan kompon panjang. 2. Motor dianggap berputar dengan kecepatan konstan ataupun dalam keadaan steady state pada saat dilakukan pengaturan kecepatan. 3. Pada penelitian ini tidak membahas tentang rugi-rugi pada motor arus searah penguatan kompon panjang. I.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. Metode Diskusi Penulis melakukan diskusi dan konsultasi dengan dosen pembimbing dan teman-teman mahasiswa pada Departemen Teknik Elektro FT-USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini berlangsung. 3. Penelitian

12 I.5 Sistematika Penulisan Melakukan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT-USU untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan untuk penulisan tugas akhir ini. Gambaran tulisan ini secara singkat dapat diuraikan pada sistematika penulisan sebagai berikut : BAB I : Pendahuluan Bab ini berisikan tentang gambaran umum mengenai tugas akhir yang memuat latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan. BAB II : Motor Arus Searah Bab ini menjelaskan teori umum mengenai motor arus searah, prinsip kerja motor arus searah, reaksi jangkar, jenis-jenis motor arus searah dan karakteristik motor arus searah. BAB III : Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Seri Bab ini berisikan tentang teori umum pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang. BAB IV : Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Seri Dengan Menggunakan Tahanan Rheostat Bab ini menunjukkan tentang pengaturan kecepatan yang dilakukan pada motor arus searah penguatan kompon panjang. BAB V : Analisis Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Seri Dengan Menggunakan Autotransformator

13 Bab ini menunjukkan tentang jenis komponen dan spesifikasi peralatan, rangkaian pengujian, prosedur pengujian, data-data pengujian serta karakteristik motor arus searah penguatan kompon panjang. BAB VI : KESIMPULAN Dalam bab ini dituliskan hal-hal yang dianggap penting di dalam penulisan yang dirangkumkan sebagai kesimpulan. BAB II MOTOR ARUS SEARAH II.1. Umum Motor arus searah (motor DC) adalah mesin yang merubah 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

14 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. Dimana 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 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 tegangan pada jangkar dengan menggunakan sebuah tahanan. II.2. Konstruksi Motor Arus Searah Gambar 2.1 dibawah merupakan konstruksi dari motor arus searah.

15 Gambar 2.1(a) Konstruksi motor arus searah bagian stator Gambar 2.1(b) Konstruksi motor arus searah bagian rotor 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

16 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. Untuk menahan kumparan medan di tempatnya 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. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut ke inti kutub. Maka 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 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

17 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 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 DC penguatan kompon panjang kumparan medan serinya diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada motor DC penguatan kompon pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar. Jenis-jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam yaitu:

18 1. Kumparan jerat (lap winding) Pada kumparan jerat, banyaknya hubungan paralel jangkar (a) adalah sebanyak : a = m.p 2. Kumparan gelombang (wave winding) Pada kumparan gelombang, banyaknya hubungan paralel jangkar (a) adalah sebanyak : a = 2m 3. Kumparan zig zag (frog-leg winding) Pada kumparan zig-zag, banyaknya hubungan paralel jangkar (a) adalah : a = 2p.m lap Dimana: p = jumlah kutub; m = kelipatan kumparannya; m lap = kelipatan kumparan jeratnya 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. Dimana 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. Celah Udara Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan

19 sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan. II.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah (a) (b) (c) Gambar 2.2 Pengaruh penempatan konduktor pengalir arus dalam medan magnet Setiap konduktor yang dialiri arus menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam konduktor. H = N I l Lilitan ampere /meter Dimana :

20 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 2.2(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 2.2(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 2.2 (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 diatas diterapkan pada motor dc. Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan Gambar 2.3 berikut:

21 Gambar 2.3 Prinsip kerja motor arus searah Berdasarkan gambar diatas kedua kutub stator dibelitkan dengan konduktor - konduktor 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, 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. 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

22 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 Dimana : F = Gaya lorenzt (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 jangkar z adalah : F = z. B. I.. l Newton Sehingga gaya tersebut akan menghasilkan torsi, T a = F. r Newton-meter Maka, T a = z. B. I.. l. d / 2 Newton- meter Apabila torsi start lebih besar dari pada torsi beban maka jangkar akan berputar. 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 yang arahnya sesuai dengan kaidah tangan kanan, dimana arahnya berlawanan dengan tegangan yang diberikan kepada jangkar atau tegangan terminal. Karena arahnya melawan maka ggl induksi ini disebut ggl lawan, yang nilainya :

23 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 : 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 atau n rps, maka bagi satu periode lamanya T, adalah : T = n 60 detik Sedangkan untuk jangkar berkutub P, maka : T = 60 P n 2 detik Dalam satu periode dilalui sudut yang besarnya 2 π radial, sehingga : ω = T 2π Dimana: ω = Kecepatan sudut (rad/detik)

24 T = Periode (detik) Maka, 2 2π E a =.. φ m volt π T 1 E a = 4.. φ m volt T n.p E a = φ m volt 60 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. z 2a n.p. 2. φ m volt 60 E a = p. z 60. a. n. φ m volt Oleh karena p.z 60a bernilai konstan, maka diperoleh : E a = C. n. φm volt Dimana : n = Kecepatan putaran (rpm) E a = Gaya gerak listrik induksi (volt) φ = Fluksi setiap kutub (Weber)

25 r = jarak p = jumlah kutub C = p.z 60a = konstanta z = jumlah total konduktor jangkar a = jalur paralel konduktor jangkar N = banyaknya kumparan konduktor jangkar (belitan) 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 : n E a. I a = T a. 2 π. 60 Ea. Ia Sehingga, T a = Newton meter n 2π. 60 T a = T a = Ea. Ia Newton meter ω p. z. n. φm 60a. Ia n 2π. 60

26 T a = p.z 60a.n. φ m. 60 2π.n. I a T a = p.z 2π.a. φ m. I a Oleh karena, p.z 2π.a bernilai konstan, maka diperoleh : T a = k. φ m. I a Dimana : T a = Torsi Jangkar (Newton- meter) k = p.z 2π.a = konstanta I a = Arus jangkar(ampere) φ m = Fluksi setiap kutub (Weber) II.4 Reaksi Jangkar Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh mengalirnya arus pada jangkar, dimana 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 2.4 berikut ini : Bidang Netral Magnetis U S Sikat O F M

27 Gambar 2.4 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan bahwa : 1. Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis. 2. Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis. Bidang netral magnetis didefenisikan sebagai bidang di dalam motor dimana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet, sehingga gaya gerak listrik induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari Gambar 2.4, sikat selalu ditempatkan disepanjang 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, dimana 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 2.5 berikut ini : Bidang Netral Magnetis O U S F A

28 Gambar 2.5 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 karenanya distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari Gambar 2.6 berikut ini: ω U S Bidang netral magnetis baru β O FA FM Fr Bidang netral magnetis lama Gambar 2.6 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

29 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 (cross-magnetization). Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada Gambar 2.6 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OF A dan OF M, serta posisi bidang netral magnetis yang baru, dimana 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 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. Apabila kejenuhan magnetik ini terjadi, maka efek penguatan fluksi resultan lebih kecil bila dibandingkan dengan efek pelemahan fluksi resultan atau dengan kata lain pertambahan kerapatan fluksi resultan pada salah satu bagian kutub lebih sedikit bila dibandingkan dengan pengurangan kerapatan fluksi pada bagian yang lainnya. Sehingga fluksi resultan akan berkurang dari harga tanpa bebannya. Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan perlu dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik. II.4.1 Cara Mengatasi Reaksi Jangkar

30 Pengaruh reaksi jangkar yaitu berpindahnya garis netral yang mengakibatkan kecenderungan timbul bunga api pada saat komutasi. Untuk itu motor DC dirancang sedemikian agar penyebab reaksi jangkar dilawan dengan satu medan dengan besar dan arah yang tepat. Untuk itu pada motor DC dapat dilakukan dengan 2 cara yakni : 1. Kutub Bantu ; yakni kutub kecil yang terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan selatan, ditengah-tengah garis netral teoritis. Lilitan penguat kutub ini dihubungkan seri dengan lilitan jangkar, hal ini disebabkan medan lintang tergantung pada arus jangkarnya. 2. Lilitan kompensasi ; Untuk mengatasi pengaruh medan lintang ini pada motor DC dilengkapi dengan kumparan yang terdiri dari sekunpulan penghantar yang diletakkan didalam alur pada permukaan kutub utama sehingga dengan demikian akan menimbulkan medan lintang yang langsung melawan medan arus jangkar. Lilitan ini disebut lilitan kompensasi, yang dihubungkan seri dengan lilitan jangkar. II.5 Jenis Jenis Motor Arus Searah Adapun jenis jenis motor arus searah yakni : 1. Motor arus searah Berpenguatan Bebas / Terpisah. 2. Motor arus searah Berpenguatan Sendiri. Motor arus searah berpenguatan sendiri ini dapat dibagi atas : 1. Motor arus searah penguatan Shunt. 2. Motor arus searah penguatan Seri.

31 3. Motor arus searah penguatan Kompon. Motor arus searah kompon ini terdiri dari 2 bagian yakni : 1. Motor arus searah penguatan kompon pendek. 2. Motor arus searah penguatan kompon panjang. Motor arus searah penguatan kompon panjang dapat digambarkan rangkaian ekivalennya seperti berikut ini : IL Ish Is Rs Vt Ia Rsh + Ea Ra - Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Motor DC seri Dimana : Vt = Ea + Ia( Ra + Rs) + Vs volt Karena drop tegangan pada sikat diabaikan, maka : Vt = Ea + Ia( Ra + Rs) volt Ea = C.n.φ Vt Ish = ampere Rsh I L = Is + Ish ampere dimana : Ia = Is Keterangan : Vt = Tegangan terminal (volt) Ea = Gaya gerak listrik induksi (volt) I L = Arus beban (Ampere) Is = Arus medan seri (Ampere)

32 Ia = Arus jangkar (Ampere) Ra = Resistansi jangkar (ohm) n = Kecepatan putar rotor (rpm) φ = Fluksi kutub (Weber) Rs = Resistansi medan seri (ohn) C = Ish = Arus medan shunt (ampere) Rsh = Resistansi medan shunt (ohm) p.z 60a = konstanta II.6 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan seri Untuk motor DC penguatan seri dan shunt hanya memiliki satu kumparan medan. Sedangkan untuk motor DC penguatan kompon memiliki dua kumparan medan yakni kumparan medan shunt dan medan seri. Berikut ini tiga karakteristik dari sebuah motor DC penguatan kompon panjang. II.6.1 Karakteristik Torsi (T = T (Ia)) V Dengan pertambahan arus jangkar (Ia) sehingga (φ ) bertambah dan torsi (T) juga besar. Dari persamaan (2.14) yakni : T = k.φ. m Ia dimana φ m = φsh + φs T = k ( φ + φ ) Ia...(2.15) sh s. Jika fluksi medan shunt lebih besar dibandingkan dengan medan seri maka bentuk karakteristik torsi dan arus seperti kurva 1. Sedangkan jika fluksi medan seri lebih besar dibandingkan dengan medan shunt maka bentuk karakteristik torsi dan arus seperti kurva 2. Gambar karakteristik untuk torsi dan arus dapat dilihat seperti berikut ini : Torsi (T) Seri Shunt 1 Compond 2

33 (sumber: P.S BIMBHRA) Gambar 2.8 Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar II.6.2 Karakteristik Perputaran ( n = n( I a)) V Untuk motor kompon panjang : Vt = Ea + Ia( Ra + Rs) Ea = C. n. φ m Ea = C ( φ + φ ) n sh s. 1 Jadi : n = [ Vt Ia( Ra + Rs)] C ( φ + φ ) sh s...(2.16) Dengan pertambahan arus jangkar (Ia), fluks (φ ) juga akan bertambah dan [ Vt Ia( Ra + Rs)] berkurang. Dengan pertambahan arus jangkar (Ia) maka kecepatan jatuh pada motor kompon lebih cepat dibandingkan dengan motor shunt. Karakteristik dari kecepatan dengan arus jangkar dapat digambarkan seperti berikut ini : Kecepatan (n) Compond Shunt Seri Arus Jangkar (Ia)

34 (sumber: P.S BIMBHRA) Gambar 2.9 Karakteristik kecepatan dan arus jangkar II.6.3 Karakteristik Mekanis (T = T(n)) V Ini merupakan kurva antara kecepatan (n) dan torsi (T) dari motor DC. Jika Torsi (T) = k. φ.ia bertambah, maka nilai (Ia) bertambah, sedangkan fluks (φ) tetap. Dengan bertambahnya torsi (T) maka kecepatan (n) akan menurun, maka kurva motor kompon ini sama dengan motor shunt. Untuk medan shunt karakteristik kecepatan dan torsi ini mendekati ke motor shunt seperti kurva 1. Sedangkan untuk medan seri karakteristik kecepatan dan torsi mendekati ke motor seri seperti pada kurva 2. Gambar dari karakteristik kecepatan dan torsi dapat dilihat seperti berikut : Kecepatan (n) 1 2 Compond Shunt Ija Sembiring : Studi Perbandingan Penggunaan Rheostat SeriDan Auto-Transformator Untuk Pengaturan Torsi (T)

35 (sumber: P.S BIMBHRA) Gambar 2.10 Karakteristik kecepatan dan torsi BAB III PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI III.1 Umum Pengaturan putaran pada motor arus searah adalah salah satu usaha yang diberikan terhadap motor arus searah penguatan kompon panjang yang sedang berputar untuk mendapatkan putaran motor sesuai dengan yang diinginkan. Kecepatan motor dc ini dapat diturunkan dengan rumus sebagai berikut : Vt Ia.( Ra + Rs ) n = C.φ Dari persamaan diatas, dapat dilihat bahwa kecepatan putaran motor dapat diatur dengan cara mengubah: a. Tegangan Terminal (Vt) b. Tahanan Jangkar (Ra) c. Fluks Magnetik (φ )

36 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dapat dilakukan dengan cara menyisipkan tahanan variabel yang dihubungkan secara seri dengan rangkaian medan shunt. Akan tetapi motor arus searah penguatan kompon panjang tidak dapat berputar pada kecepatan rendah dibawah nominal. Kekurangan ini dapat diatasi dengan metode pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt. Metode ini memungkinkan motor arus searah penguatan kompon panjang dapat bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal. III.2 Pengaturan Tegangan Terminal Salah satu cara untuk mengatur besarnya kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang adalah dengan mengatur tegangan terminal dari motor. Pengaturan tegangan terminal ada beberapa cara yakni : 1. Dengan sistem Ward Leonard. Motor yang dipakai adalah motor berpenguatan bebas. + MI Motor Induksi G vtvar M = = RG - (sumber : Zuhal ) RM Gambar 3.1 Pengaturan Tegangan Terminal Sistem Ward Leonard Penggerak mula (motor induksi) digunakan untuk menggerakkan generator DC pada suatu kecepatan yang konstan. Perubahan tahanan

37 medan R G dan mengubah tegangan Vt yang diberikan pada motor. Kadang-kadang pengaturan Vt ini juga dibarengi dengan pengaturan fluks medan motor yaitu dengan mengatur tahanan medan Rm. Cara ini menghasilkan suatu pengaturan kecepatan yang sangat halus dan banyak dipakai pada lift, mesin bubut dll. Satu-satumya kerugian sistem ini adalah memerlukan biaya yang sangat besar akibat penambahan generator dan penggerak mulanya. 2. Dengan menggunakan SCR 3. Dengan menggunakan DC-Chopper III.3 Pengaturan Tahanan Jangkar Pengaturan kecepatan motor dilakukan dengan menyisipkan tahanan variabel yang terhubung seri dengan jangkar, sehingga dengan demikian tahanan jangkar dapat diatur akibatnya kecepatan motor dapat diatur-atur. Pengaturan dengan menambah tahanan seri pada jangkar ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini. IL Ish Is R 2 Vt Rsh Ia Rs Ea + Ra - Gambar 3.2 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar III.4 Pengaturan Fluks Magnetik Pengaturan fluksi dari motor arus searah penguatan kompon panjang dapat dilakukan dengan cara dibawah ini.

38 III.4.1 Pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt Pada pengaturan ini kumparan medan shunt dihubungkan seri dengan tahanan variabel sehingga melemahkan fluksi medan sehingga kecepatan motor meningkat. IL Ish Is Rs R 1 Vt R sh Ia + Ra Ea - Gambar 3.2 Pengaturan dengan tahanan seri pada medan shunt III.4.2 Pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dapat dilakukan dengan cara menyisipkan tahanan variabel yang dihubungkan secara seri pada jangkar dan medan shunt. Rangkaiannya dapat digambarkan seperti dibawah ini : IL Ish R1 R2 Vt Rsh Is Ia Rs Ea + Ra -

39 Gambar 3.4 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt Dengan mengatur tahanan variabel untuk medan shunt ( R 1 ) serta pada jangkar ( R 2 ) diatas, maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan. BAB IV PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGGUNAKAN RHEOSTAT IV.1 Umum Pengaturan kecepatan motor arus searah dengan metode pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt merupakan kombinasi dari tahanan luar yang dihubungkan secara seri terhadap jangkar dan medan shunt. Pengaturan kecepatan yang dibahas dalam hal ini yakni pengaturan kecepatan motor DC dengan pengaturan tahanan seri pada medan shunt, pengaturan tahanan seri pada jangkar serta pengaturan tahanan seri pada jangkar dan pada medan shunt.

40 IV.2 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada medan shunt. Gambar rangkaiannya sbb : IL Ish Is Rs R 1 Vt R sh Ia + Ra Ea - Gambar 4.1 Pengaturan dengan tahanan seri pada medan shunt Maka berlaku persamaan : I sh Vt = ampere R + sh R 1 I a Vt = I I ampere L sh = I ( R R ) 1 volt sh sh + Ea = Vt Ia( Ra + Rs) volt Maka : Ea = I ( R + R1 ) Ia( Ra Rs ) volt sh sh + Ea = ( I Ia)( R + R1 ) Ia( Ra Rs ) volt L sh + Ea = I L ( Rsh + R1 ) Ia( Rsh + R1 ) Ia( Ra + Rs ) volt Ea = I ( R + R1 ) Ia{( R + R1 ) + ( Ra Rs )} volt L sh sh + Ea = I L ( Rsh + R1 ) Ia( Rsh + R1 + Ra + Rs ) volt C. φ. n = [ I ( R + R1 ) Ia( R + R! + Ra Rs )] volt L sh sh + Sehingga : 1 n = [ I ( R C. φ + R1 ) Ia( Rsh + R1 + Ra Rs L sh + )] rpm 4. 3

41 Artinya : Dengan penambahan R 1 akan merubah putaran motor (n) karena fluks (φ ) akan berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan di laboratorium. IV.3 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar. Gambar rangkaiannya sbb: IL Ish Is R 2 Vt Rsh Ia Rs Ea + Ra - Gambar 4.2 Pengaturan dengan menambah tahanan seri pada jangkar Maka berlaku persamaan : I a = I I ampere L sh Vt I sh = ampere.4. 4 R sh maka : E Vt = Ish. Rsh volt = Vt I ( R + R R2) volt 4. 5 a a a s + Ea = I R ) Ia( Ra + Rs R ) volt sh ( sh + 2 Ea = I Ia)( R ) Ia( Ra + Rs R ) volt ( L sh + 2

42 Ea = I R ) Ia( R ) Ia( Ra + Rs R ) volt L ( sh sh + 2 Ea = I R ) Ia{( R ) + ( Ra + Rs R )} volt L ( sh sh + 2 Ea = I R ) Ia( R + Ra + Rs R ) volt L ( sh sh + 2 C φ. n = [ I ( R ) Ia( R + Ra + Rs R )] volt. L sh sh + 2 Sehingga n = 1 [ I L ( Rsh ) Ia( Rsh + Ra + Rs + C. φ R 2 )] rpm Artinya : Dengan penambahan R 2 akan merubah putaran motor (n) karena fluks (φ ) akan berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan di laboratorium. IV.4 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan seri untuk pengaturan tahanan seri pada jangkar dan Medan Shunt. Gambar rangkaiannya sbb: IL Ish R1 R2 Vt + Ra Ea - Rsh Is Ia Rs

43 Gambar 4.3 Pengaturan dengan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt Maka diperoleh persamaan : I I a sh Vt = I I ampere L sh Vt = ampere R + = I sh R 1 ( R R ) 1 sh sh + maka : Ea = Vt Ia( Ra + Rs + R2) Volt Ea = I R + R ) Ia( Ra + Rs ) volt sh ( sh 1 + R2 Ea = I Ia)( R + R ) Ia( Ra + Rs ) volt ( L sh 1 + R2 Ea = I R + R ) Ia( R + R ) Ia( Ra + Rs ) volt L ( sh 1 sh 1 + R2 Ea = I R + R ) Ia{( R + R ) + ( Ra + Rs )} volt L ( sh 1 sh 1 + R2 Ea = I R + R ) Ia( R + R + Ra + Rs ) volt L ( sh 1 sh 1 + R2 C φ. n = [ I ( R + R ) Ia( R + R + Ra + Rs )] volt Sehingga: 1 n = [ I ( R C. φ. L sh 1 sh! + R2 + R1 ) Ia( Rsh + R1 + Ra + Rs R L sh + 2 )] rpm 4. 9 Artinya : Dengan penambahan R 1 dan R 2 akan merubah harga putaran motor (n) karena fluks (φ ) berubah maka pengaturan kecepatan dapat dilakukan dilaboratorium. Pada metode ini motor arus searah penguatan kompon panjang dapat bekerja dibawah dan diatas kecepatan nominal. Dengan penambahan tahanan (R 2 )

44 pada jangkar untuk kerja diatas kecepatan nominal sedangkan penambahan tahanan (R 1 ) pada medan shunt untuk kerja dibawah kecepatan nominal. Dengan demikian metode ini memberikan pengaturan yang lebih baik dibandingkan dengan hanya menambah tahanan pada medan shunt. BAB V ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SERI DENGAN MENGGUNAKAN AUTO- TRANSFORMATOR V.1 Jenis Komponen dan Spesifikasi Peralatan Di Laboratorium

45 Penelitian mengenai pengaturan kecepatan motor arus sarah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU. Peralatan-peralatan yang digunakan pada metode ini adalah sebagai berikut : 1. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang 2. Generator Arus Searah Penguatan Bebas 3. 1 Unit Power Pack MV 4. 2 Buah Voltmeter DC 5. 3 Buah Amperemeter DC 6. 2 Unit Tahanan Gesar Adapun spesifikasi dari peralatan-peralatan pada penelitian ini adalah : 1. Motor yang digunakan pada penelitian ini adalah motor arus searah penguatan kompon panjang AEG Type Gd 110/110 dengan data-data sebagai berikut : Jenis Belitan Rotor = Jerat/gelung Jumlah Kutub = 2 Daya motor = 1200 W Tahanan Jangkar (Ra) = 3.84 Ω Tahanan Medan Seri (Rs) = 0.41 Ω Tahanan Medan Shunt (Rsh) = Ω Tegangan Terminal (Vt) = 220 V Arus Jangkar (Ia) = 7.1 A Arus Medan Seri (Is) = 7.1 A

46 Arus Medan Shunt (Ish) = A Kecepatan Putaran (n) = 1400 rpm 2. Beban yang digunakan pada penelitian ini adalah sebuah Generator Arus Searah Penguatan Bebas AEG Type Gf 110/140. V.2 Rangkaian Pengujian V.2.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt. SW 1 AUTO TRANSFORMATOR PENYEARAH v1 A2 R1 Rsh Ra Ea A1 M Rs G Generator DC Penguatan bebas Ra Ea A3 v2 RL PTDC 1 SW 2 PTDC 2 Gambar 5.1 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan pada medan shunt Keterangan : V 1 dan V 2 = Voltmeter DC A = Ampere meter DC, A dan A R 1 = Tahanan Gesar

47 V Prosedur Pengujian pengaturan kecepatan motor DC untuk pengaturan tahanan seri pada Medan Shunt 1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar Besar tahanan R 1 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan medan shunt dari motor arus searah penguatan kompon panjang. 3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur untuk menentukan step pengukuran tahanannya 4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor dapat berputar. 5. Kemudian besar tahanan R 1 diatur melalui tahanan geser dan catat kecepatan motor yang ditunjukkan pada tachnometer. Setelah itu catat harga-harga dari A 1 dan A2. 6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2 dan juga kecepatan dari motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar tahanan R 1 pada nilai tertentu. 7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan gesernya diubah-ubah (bervariasi). V Data Hasil Pengujian

48 Tabel 5.1 Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R 1 ) pada medan shunt dengan harga R 1 bervariasi. Dimana : Vt = 100 Volt (konstan) R 1 Ia (A 1 ) Ish (A 2 ) n (Ohm) (Ampere) (Ampere) (rpm) V Grafik Karakteristik untuk Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R 1 ) pada medan shunt Bentuk karakteristik Kecepatan (n) dan Arus Jangkar(Ia) dapat digambarkan seperti berikut ini:

49 V.2.2 Rangkaian Pengujian Pengaturan Kecepatan motor DC untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar. SW 1 AUTO TRANSFORMATOR PENYEARAH v1 A2 Rsh Ra Ea A 1 R2 M Rs G Generator DC Penguatan bebas Ra Ea A3 v2 RL PTDC 1 SW 2 PTDC 2 Gambar 5.2 Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan pada jangkar Keterangan : V 1 dan V 2 = Voltmeter DC A = Ampere meter DC, A dan A R 2 = Tahanan Gesar

50 V Prosedur pengujian pengaturan kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar. 1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar Besar tahanan R 2 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan medan shunt dari motor arus searah penguatan kompon panjang. 3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur untuk menentukan step pengukuran tahanannya 4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor dapat berputar. 5. Kemudian besar tahanan R 2 diatur melalui tahanan geser dan catat kecepatan motor yang ditunjukkan pada tachnometer. Setelah itu catat harga-harga dari A 1 dan A2. 6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2 dan juga kecepatan dari motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar tahanan R 2 pada nilai tertentu. 7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan gesernya diubah-ubah (bervariasi).

51 V Data Hasil Pengujian Tabel 5.2. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R 2 ) pada jangkar untuk harga R 2 bervariasi. Dimana : Vt = 100 Volt (konstan ) R 2 Ia (A 1 ) Ish (A 2 ) n (Ohm) (Ampere) (Ampere) (rpm) V Grafik Karakteristik untuk Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri (R 2 ) pada jangkar

52 Bentuk karakteristik Kecepatan (n) dan Arus Jangkar(Ia) dapat digambarkan seperti berikut ini: V.2.3 Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan motor DC penguatan kompon panjang untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt. SW 1 AUTO TRANSFORMATOR PENYEARAH v1 A2 R1 Rsh Ra Ea A 1 R2 M Rs Generator DC Penguatan bebas G Ra Ea A3 v2 RL PTDC 1 SW 2 PTDC 2 Gbr 5.3Rangkaian pengujian pengaturan kecepatan pada jangkar dan medan shunt Keterangan : V 1 dan V 2 = Voltmeter DC A = Ampere meter DC, A dan A R 1 dan R 2 = Tahanan Gesar

53 V Prosedur pengujian pengaturan kecepatan motor arus searah untuk pengaturan tahanan seri pada Jangkar dan Medan Shunt. 1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar Besar tahanan R 1 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan medan shunt sedangkan tahanan R 2 diatur melalui tahanan geser yang dihubungkan dengan jangkar dari motor arus searah penguatan kompon panjang. 3. Sebelum melakukan pengujian, tahanan geser terlebih dahulu di ukur untuk menentukan step pengukuran tahanannya. 4. Untuk menjalankan motor, sumber tegangan DC yaitu Vt yang digunakan untuk mensuplai tegangan ke motor DC penguatan kompon panjang di on kan dan dinaikkan secara perlahan-lahan sehingga motor dapat berputar. 5. Kemudian besar tahanan R 1 dan R 2 diatur melalui tahanan geser dengan besar yang sama dan catat kecepatan motor yang ditunjukkan pada tachnometer. Setelah itu catat harga-harga dari A 1 dan A2. 6. Selanjutnya tahanan geser diatur untuk nilai berikutnya dengan nilai tahanan yang sama. Kemudian catat harga A1, A2 dan juga kecepatan dari motor. Lakukan pengujian ini berulang-ulang dengan mengingat besar tahanan R 1 dan R 2 pada nilai tertentu. Dengan catatan nilai tahanan R 1 dan R 2 adalah sama.

54 7. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan gesernya diubah-ubah (bervariasi). Dimana nilai tahanan R 1 tetap konstan dan R 2 diubah-ubah nilainya sesuai dengan besar tahanan yang ditentukan. 8. Lakukanlah hal yang sama seperti langkah 5 tetapi nilai tahanan gesernya diubah-ubah (bervariasi). Dimana nilai tahanan R 2 tetap konstan dan R 1 diubah-ubah nilainya sesuai dengan besar tahanan yang ditentukan. V Data Hasil Pengujian Tabel 5.3. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt untuk harga tahanan R 1 dan R 2 sama. Dimana : Vt = 100 Volt (konstan ) R 1 (ohm) R 2 (ohm) Ia (A 1 ) (ampere) Ish (A 2 ) (ampere) n (rpm)

55 Tabel 5.4. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt untuk harga tahanan R 1 konstan dan harga R 2 bervariasi. Dimana : Vt = 100 Volt (konstan ) R 1 R 2 Ia (A 1 ) Ish (A 2 ) n (ohm) (ohm) (ampere) (ampere) (rpm)

56 Tabel 5.5. Pengaturan kecepatan motor arus searah penguatan kompon panjang dengan menggunakan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt untuk harga tahanan R 2 konstan dan harga R 1 bervariasi. Dimana : Vt = 100 Volt (konstan ) R 1 R 2 Ia (A 1 ) Ish (A 2 ) n (ohm) (ohm) (ampere) (ampere) (rpm)