SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February 2014

Transkripsi

1 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February ANALISIS PENGARUH JATUH TEGANGAN TERHADAP TORSI DAN PUTARAN PADA MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT (Aplikasi pada Laboratorium Koversi Eergi Listrik FT-USU) Agug Khairi, Syamsul Amie Kosetrasi Tekik Eergi Listrik, Departeme Tekik Elektro Fakultas Tekik Uiversitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Meda INDONESIA agugkhairi@gmail.com Abstrak Pegguaa motor arus searah akhir - akhir ii megalami perkembaga, khususya dalam pemakaiaya sebagai motor peggerak. Oleh sebab itu, motor DC ditutut harus memiliki torsi da putara yag tiggi. Utuk dapat mecapai putara yag kosta maka diperluka supply tegaga yag baik. Tetapi hal itu tidak sepeuhya dapat tercapai megigat adaya gaggua berupa tegaga jatuh pada salura peghatar. Turuya tegaga supply pada motor selai mempegaruhi putara juga mempegaruhi torsi yag dihasilka oleh motor. Pada peelitia ii ii, peulis megaalisis pegaruh jatuh tegaga terhadap torsi da putara motor DC peguata shut dega meetuka 6 ilai tegaga termial yaitu 220, 210, 200, 190, 180 da 170 Volt. Dari hasil pegujia, ilai tegaga termial 220 Volt memiliki torsi da putara motor tertiggi yaitu 9,45 N-m da 1390 rpm. Kata Kuci: motor DC, torsi da putara 1. Pedahulua Motor DC sagat bayak diguaka dalam aplikasi idustri. Pegguaa motor DC dapat dijumpai misalya sebagai peggerak beba mekaik. Motor DC yag diguaka di bidag idustri pada umumya memiliki kapasitas daya yag relatif besar da disesuaika dega beba mekais serta volume produksi. Utuk itu sebuah motor DC dituut harus memiliki torsi da putara yag sesuai dega kebutuha. Dalam praktekya tegaga yag di supply oleh pembagkit tidaklah sama utuk setiap waktuya. Terdapat suatu gaggua berupa tegaga jatuh pada salura peghatar yag dapat mempegaruhi kerja berbagai peralata listrik khususya motor DC. Dega demikia, perlu dilakuka pegujia utuk megetahui pegaruh jatuh tegaga terhadap torsi da putara pada motor DC peguata shut. 2. Jatuh Tegaga pada Motor DC Shut Motor arus searah (DC) adalah mesi yag megubah eergi listrik arus searah mejadi eergi mekais yag berupa putara. Berdasarka fisikya motor DC secara umum terdiri atas bagia yag diam (stator) da bagia yag berputar (rotor). Stator merupaka tempat diletakkaya kumpara meda yag berfugsi utuk meghasilka fluksi maget sedagka rotor merupaka tempat diletakkaya ragkaia jagkar seperti kumpara jagkar, komutator da sikat [1]. Motor DC bekerja berdasarka prisip iteraksi atara dua fluksi magetik. Ketika kumpara meda da kumpara jagkar dihubugka dega suatu sumber tegaga DC maka pada kumpara meda aka megalir arus meda (I f ) sehigga meghasilka fluksi maget yag arahya dari kutub utara meuju kutub selata. Sedagka pada kumpara jagkar meghasilka arus jagkar (I a ), sehigga pada koduktor jagkar timbul fluksi maget yag meligkar. Berdasarka hukum Loretz kita ketahui bahwa apabila sebuah sebuah koduktor yag dialiri arus ditempatka pada sebuah meda maget maka pada koduktor tersebut aka timbul gaya, maka demikia pula halya pada kumpara jagkar. Besarya gaya ii bergatug dari besarya arus yag megalir copyright DTE FT USU 54

2 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February pada kumpara jagkar, kerapata fluksi da pajag koduktor jagkar. Semaki besar fluksi yag terimbas pada kumpara jagkar maka arus yag megalir pada kumpara jagkar juga besar, dega demikia gaya yag terjadi pada koduktor juga semaki besar. Jika arus jagkar tegak lurus dega arah iduksi magetik maka besar gaya yag dihasilka oleh arus yag megalir pada koduktor jagkar yag ditempatka dalam suatu meda maget adalah [2] : F = B. i. l (1) Dimaa : F = gaya yag bekerja pada koduktor (N) B = kerapata fluks magetic (Wb/m 2 ) i = arus yag megalir pada koduktor l = pajag koduktor (m) Arah gaya ii dapat ditetuka dega kaidah taga kiri yag berbuyi sebagai berikut : Apabila taga kiri terbuka diletakka diatara kutub U da S sehigga garis-garis gaya yag keluar dari kutub Utara meembus telapak taga kiri da arus di dalam kawat megalir searah dega arah keempat jari, maka kawat itu aka medapat gaya yag arahya sesuai dega arah ibu jari [3]. Gaya yag timbul pada koduktor tersebut aka meghasilka mome putar atau torsi. Torsi yag dihasilka oleh motor dapat ditetuka dega persamaa 2. T a = F. r (2) Dimaa : T a = torsi jagkar (Newto-meter) r = jari-jari rotor (meter) Apabila torsi start lebih besar dari torsi beba, maka jagkar aka berputar. Prisip kerja motor DC dapat dilihat pada Gambar 1. Gambar 1. Prisip perputara motor DC Berdasarka sumber tegaga peguataya, motor DC dapat dibagi mejadi dua, yaitu motor DC peguata bebas (peguata luar) da motor DC peguata sediri. Salah satu jeis motor DC peguata sediri adalah motor DC peguata shut. Pada motor DC peguata shut, kumpara meda peguatya dihubugka lagsug pada termial sehigga paralel dega kumpara jagkar. Ragkaia ekivale motor DC peguata shut dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Ragkaia ekivale motor DC Peguata shut Dari Gambar 2 diatas, diperoleh persamaa tegaga termial motor DC peguata shut seperti ditujukka oleh persamaa 3 [2]. V t = E a + I a. R a (3) Vt I sh = R sh (4) I L = I a + I sh (5) Motor shut mempuyai kecepata yag hampir kosta. Pada tegaga termial (V t ) kosta, motor shut mempuyai putara hampir kosta walaupu terjadi perubaha beba. Perubaha kecepata haya sekitar 10%. Pemakaiaya misalya utuk kipas agi, elevator, pegaduk, mesi cetak, juga utuk pegerjaa kayu da logam [3]. Jatuh tegaga adalah selisih atara tegaga ujug pegirim dega tegaga ujug peerima. Jatuh tegaga pada salura teaga listrik secara umum berbadig lurus dega pajag salura da beba serta berbadig terbalik dega luas peampag peghatar. Secara matematis dapat dituliska seperti persamaa 6. V = Vs Vr (6) Dimaa : V = jatuh tegaga (volt) Vs = tegaga di sisi pegirim (volt) Vr = tegaga di sisi peerima (volt) Atau dapat juga ditulis dalam betuk persetase : V V (%) = x 100% (7) V copyright DTE FT USU 55

3 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February Dimaa : V (%) = rugi tegaga dalam perse V = rugi tegaga (volt) V = tegaga kerja (volt) Peurua tegaga maksimum pada beba peuh yag dibolehka di beberapa titik pada jariga distribusi adalah [4]: 1. SUTM = 5% dari tegaga kerja bagi sistem radial 2. SKTM = 2% dari tegaga kerja pada sistem spidle da gugus 3. Trafo distribusi = 3% dari tegaga kerja 4. Salura tegaga redah = 4% dari tegaga kerja tergatug kepadata beba 5. Sambuga rumah = 1% dari tegaga omial Utuk meghitug jatuh tegaga, diperhitugka reaktasiya, maupu faktor dayaya yag tidak sama dega satu. Maka tegaga yag hilag disepajag salura peghatar adalah [5] : V = I ( R cos + X si ) (8) Dimaa : I = arus beba R = tahaa salura (ohm) X = reaktasi salura (ohm) cos = faktor daya beba Besar gaya gerak listrik iduksi pada kumpara jagkar akibat berputarya rotor yag terletak di atara kutub maget adalah : E a = K.. (9) Atau dapat juga ditulis : = E a (10) K.φ Pada motor DC shut berlaku persamaa : E a = V t I a. R a Oleh karea itu persamaa 10 dapat dituliska mejadi : Vt - Ia. Ra = (11) K. φ Dega demikia, kecepta putar motor dapat diperoleh dega megubah-ubah flux magit ( ), pegatura arus armatur (I a ) atau pegubaha tegaga termial (V t ) [6]. Hubuga pegaruh turuya tegaga terhadap persamaa torsi jagkar yag dihasilka oleh motor dapat kita perhatika pada persamaa 12. E I a a (12) karea E a = V t I a. R a maka (Vt - Ia. Ra) Ia (13) Dari persamaa-persamaa yag ditujukka diatas dapat dilihat bahwa peurua tegaga termial pada motor DC shut aka berpegaruh terhadap peurua torsi da putara yag dihasilka oleh motor [2]. 3. Metode Peelitia Peelitia ii dilakuka pada jam sampai dega pada taggal 1 Jui da 3 Jui 2013 di Laboratorium Koversi Eergi Listrik FT-USU. Objek peelitia ii adalah melakuka pegukura terhadap motor DC shut akibat peurua tegaga termial dega variabel motor DC shut da tegaga pada motor. Utuk megaalisis hubuga atara ilai tegaga supply terhadap torsi da putara pada motor DC shut, maka dilakuka pegujia dega meuruka tegaga yag diberika ke termiaal motor melalui autotrafo pada kodisi tapa beba da kodisi berbeba. Pada peelitia ii, pegujia dilakuka dega eam ilai tegaga termial, yaitu ilai tegaga omial atau 220 volt diikuti lima ilai dibawahya yaitu 210, 200, 190, 180 da 170 volt. Berdasarka tujua dari peelitia ii maka dilakuka lagkah - lagkah sebagai berikut : a. Pegumpula data yaitu dega metode dokumetasi da observasi. b. Mempersiapka alat da baha utuk peelitia. c. Megkodisika objek peelitia ii dega memastika bahwa motor DC shut dapat beroperasi dega pegatura tegaga termial motor. d. Megkodisika alat ukur agar memiliki validitas yag baik yag harus disettig dega bear. e. Tahap pegambila data yag meliputi arus da putara terhadap tegaga. f. Tahap aalisis data dega megguaka aalisis matematis utuk memecahka masalah da memperoleh kesimpula dalam peelitia. Aalisis ii adalah megadaka perhituga-perhituga berdasarka persamaa yag berlaku didalam copyright DTE FT USU 56

4 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February perhituga torsi pada motor DC shut. Dega megguaka persamaa sebagai berikut : E I a a Adapu peralata yag diguaka pada pegujia ii adalah sebagai berikut : 1. Satu uit Motor Arus Searah AEG 1,2 kw 2. Satu uit Geerator Arus Searah AEG 2 kw 3. Power Supply yag terdiri dari dua uit PTDC 4. Satu uit Tahaa Geser 5. Dua buah Voltmeter 6. Empat buah Amperemeter 7. Satu buah Tachometer 8. Kabel Peghubug secukupya Motor yag diguaka pada pegujia ii adalah motor DC tipe Gd 110/110 G-Mot Nr dega peguata shut yag terdapat di Laboratorium Koversi Eergi Listrik FT- USU dega spesifikasi sebagai berikut : V = 220 V P = 1,2 kw I L = 7,1 A I sh = A = 1400 rpm Jumlah Kutub = 2 Kelas Isolasi = B Tahaa Meda Shut (J-K) = 1,25 k Tahaa Meda Seri (E-F) = 0,6 Tahaa Jagkar (GA-HB) = 3,8 Adapu ragkaia percobaa utuk pegujia pegaruh jatuh tegaga terhadap torsi da putara pada motor DC shut dapat dilihat pada Gambar 3 da Gambar 4. Gambar 3. Ragkaia pegujia motor DC shut pada kodisi tapa beba Gambar 4. Ragkaia pegujia motor DC shut pada kodisi berbeba 4. Hasil da Aalisis Pegukura Mesi listrik berfugsi sebagai motor listrik apabila didalamya terjadi proses koversi dari eergi listrik mejadi eergi mekaik. Sedagka utuk motor dc itu sediri memerluka suplai tegaga yag searah pada kumpara jagkar da kumpara meda utuk diubah mejadi eergi mekaik. Eergi mekaik yag dihasilka oleh motor biasaya berupa torsi da putara. Utuk meggerakka beba maka torsi da putara yag dihasilka oleh motor harus sesuai dega kebutuha beba. 4.1 Hasil Pegujia Motor DC Shut Tapa Beba Tabel 1. Data hasil pegujia peurua tegaga termial motor DC shut pada kodisi tapa beba. No Vt I L I sh I a (rpm) ,93 0,15 2, ,66 0,15 2, ,57 0,15 2, ,53 0,15 2, ,46 0,15 2, ,41 0,15 2, Dari Tabel 1 terlihat putara tertiggi diperoleh pada saat tegaga termial 220 volt yaitu 1700 rpm da putara teredah diperoleh pada saat tegaga termial 170 volt yaitu 1530 rpm. copyright DTE FT USU 57

5 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February 4.2 Hasil pegujia Motor DC Shut Berbeba Tabel 2. Data hasil pegujia peurua tegaga termial motor DC shut pada kodisi berbeba. I f = 0,64 Ampere R L = 100 Ohm No Vt E g I L I sh I a (rpm) ,23 0,13 7, ,85 0,13 6, ,82 0,13 6, ,78 0,13 6, ,73 0,13 6, ,71 0,13 6, Dari Tabel 2 terlihat putara tertiggi diperoleh pada saat tegaga termial 220 volt yaitu 1390 rpm da putara teredah diperoleh pada saat tegaga termial 170 volt yaitu 1160 rpm. 4.3 Aalisis Data Berdasarka data data yag diperoleh pada Tabel 1 da 2 maka dilakuka perhituga utuk medapatka torsi jagkar pada setiap tahap peurua ilai tegaga termial. Torsi jagkar (T a ) dapat dihitug dega megguaka persamaa berikut : E I a a Setelah dilakuka perhituga, maka diperoleh torsi motor dalam keadaa berbeba yag ditujukka pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil aalisis data peurua tegaga termial pada motor DC shut No Vt E g I L I sh I a (rpm) ,23 0,13 7, ,85 0,13 6, ,82 0,13 6, ,78 0,13 6, ,73 0,13 6, ,71 0,13 6, Torsi (Nm) 9,45 8,96 8,57 8,36 8,13 7,85 Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa peurua torsi da putara aka sebadig dega peurua ilai tegaga termial (V t ) pada motor DC. Hubuga atara tegaga termial dega putara da tegaga termial dega torsi dapat dilihat masig-masig pada Gambar 5 da 6. (rpm) Gambar 5. Grafik tegaga termial vs putara motor DC shut Torsi (N-m) Gambar 6. Grafik tegaga termial vs torsi motor DC shut 5. Kesimpula Grafik Vt vs Vt Grafik Vt vs Torsi Vt Berdasarka hasil pegujia da aalisis perhituga yag dilakuka peulis megambil kesimpula sebagai berikut : 1. Torsi da putara pada motor arus searah peguata shut aka meuru seirig dega turuya tegaga yag di supply ke termial motor. 2. Dari aalisis data diperoleh bahwa torsi da putara tertiggi diperoleh pada saat tegaga termial berilai 220 Volt yaitu sebesar 9,45 N-m da 1390 rpm sedagka torsi da putara teredah diperoleh pada copyright DTE FT USU 58

6 SINGUDA ENSIKOM VOL. 6 NO.2 /February saat tegaga termial berilai 170 Volt yaitu sebesar 7,85 N-m da 1160 rpm. 3. Dari aalisis data dikethui bahwa peurua tegaga termial motor lebih berpegaruh terhadap peurua torsi dibadigka dega peurua putara 6. Referesi [1]. Hardiasyah, Rizky, Aalisis Perbadiga Pegaruh Posisi Sikat Terhadap Efisiesi Da Torsi Motor DC Peguata Kompo Pajag Dega Motor DC Peguata Kompo Pedek, Departeme Tekik Elektro, Fakultas Tekik, Uiversitas Sumatera Utara, Meda : 2013 [2] /27627/3/Chapter%20II.pdf [3]. Sumato, Mesi Arus Searah, Adi Offset, Yogyakarta : 1991 [4]. Asy ari, Hasyim, Perbaika Jatuh Tegaga Da Rekofigurasi Beba Pada Pael Utama Prambaa, Jurusa Tekik Elektro, Uiversitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta : 2011 [5]. Goe, Tura, Electric Power Distributio System Egieerig, McGraw-Hill.Ic, New York : 1986 [6]. Rijoo, Yo, Dasar Tekik Teaga Listrik, Adi Offset, Yogyakarta : 1997 copyright DTE FT USU 59