BAB III METODOLOGI PENELITIAN

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Pengambilan data dalam penelitian tugas akhir ini akan dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik pada tanggal 1-5 Desember 2016. 3.2 Metode Pengumpulan Data Salah satu hal yang sangat penting dalam melakukan penelitian adalah metode pengumpulan data. Kesalahan yang terjadi dalam proses pengumpulan data dapat menyebabkan proses analisis data menjadi rumit dan rentan terhadap tingkat akurasi hasil penelitian yang buruk. Pada penelitian ini, penulis memilih beberapa metode, diantaranya : 3.2.1. Metode Dokumentasi Metode dokumentasi adalah suatu metode yang menggunakan catatan atas kejadian-kejadian yang telah terjadi, catatan tersebut dapat berupa tulisan maupun gambar. Pada penelitian ini penulis melakukan metode dokumentasi dari tulisantulisan yang berupa buku-buku, yang meyangkut tentang bagaimana pengaturan putaran motor dc dengan metode-metode yang dapat digunakan. 24

3.2.2. Metode Observasi Metode obsevasi yang dilakukan penulis adalah dengan melakukan pengamatan dan pencatatan secara sistemik tehadap data-data yang menyangkut tentang penelitian, dimana penelitian dilakukan dengan cara melakukan percobaan pada pengaturan putaran motor dc shunt. Setalah melakukan percobaan, penulis melakukan analisis dan interpretasi terhadap hasil percobaan dan kenudian menarik kesimpulan atas hasil penelitian. 3.3 Bahan dan Peralatan Pada penelitian ini terdapat dua jenis percobaan yang dilakukan : 3.3.1 Percobaan Dengan Metode Flux Magnet Bahan dan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Motor dc, dengan spesifikasi : V = 220 volt P = 1,2 kw IL =7,1 A n = 1400 rpm Jumlah kutub = 4 Kelas Isolasi = B Tahanan Medan Shunt = 1,168 kohm Tahanan Jangkar = 4,5 Ohm 2. Generator dc, dengan spesifikasi : V = 220 volt P = 2 kw 25

IL = 9,1 A n = 150 rpm Kelas Isolasi = B Type GNF 110/140 Penguatan Bebas 3. Tahanan Geser ( 5 Buah ) 4. Tachometer ( 2 buah ) 5. Kabel Penghubung 6. Multimeter (5 buah) 7. Power Supply ( 1 PTAC dan 1 PTDC ) 8. Penyearah diode 3 phasa gelombang penuh 3.3.2 Percobaan Dengan Metode Ward Leonard Bahan dan peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Motor dc, dengan spesifikasi : V = 220 volt P = 1,2 kw IL =7,1 A n = 1400 rpm Jumlah kutub = 4 Kelas Isolasi = B Tahanan Medan Shunt = 1,168 kohm Tahanan Jangkar = 4,5 Ohm 2. Generator dc, dengan spesifikasi : V = 220 volt 26

P = 2 kw IL = 9,1 A n = 150 rpm Kelas Isolasi = B Type GNF 110/140 Penguatan Bebas 3. Motor Induksi, dengan spesifikasi : V = 220/380 IL = 10,7/6,2 A Kelas Isolasi = B-F P = 2,2 kw f = 50 Hz Type AEG CAM 112 AM 112MU 4RI 4. Tachometer ( 2 buah ) 5. Kabel Penghubung 6. Multimeter (4 buah) 7. Power Supply ( 1 PTAC dan 1 PTDC ) 27

3.4 Rangkaian dan Prosedur Percobaan 3.4.1 Percobaan Dengan Metode Flux Magnet Rangkaian Percobaan Tanpa Beban Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode Flux Magnet Tanpa Beban Prosedur Percobaan Tanpa Beban 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.1 2. Switch on PTAC 3. Atur besar nilai tegangan terminal ( Vt) secara perlahan hingga 200 volt 4. Catat nilai arus jangkar, arus jala-jala, arus medan shunt, dan putaran motor pada setiap nilai tahanan mulai dari 20 hingga 200. 5. Turunkan nilai tegangan terminal hingga nol perlahan lahan lalu switch off autotrafo. 6. Percobaan Selesai. 28

Rangkaian Percobaan Tanpa Beban Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode Flux Magnet Berbeban Prosedur Percobaan Tanpa Beban 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.2 2. Switch on PTAC 3. Atur besar nilai tegangan terminal ( Vt) secara perlahan hingga 200 volt 4. Catat nilai arus jangkar, arus jala-jala, arus medan shunt, dan putaran motor pada setiap nilai tahanan mulai dari 20 hingga 200. 5. Turunkan nilai tegangan terminal hingga nol perlahan lahan lalu switch off autotrafo. 6. Percobaan selesai. 29

3.4.2 Percobaan Dengan Metode Ward Leonard Rangkaian Percobaan Gambar 4.1 Rangkaian Percobaan Pengaturan Putaran dengan Metode Ward Leonard Prosedur Percobaan Tanpa Beban 1. Peralatan dirangkai seperti gambar 4.3 2. Switch on PTAC 3. Atur nilai tegangan ( Vac ) = 220 volt 4. Switch on PTDC 5. Catat nilai arus jangkar, arus medan, arus jala-jala dan putaran motor pada nilai tegangan ( Vdc ) mulai dari 15 volt hingga 150. 6. Turunkan secara perlahan nilai tegangan ( Vdc ) hingga nol. 7. Switch off PTDC 8. Turunkan secara perlahan nilai tegangan ( Vac ) hingga nol. 9. Swich off autotrafo. 10. Percobaan selesai. 30

3.5 Variabel Yang Diamati 3.5.1 Variabel Dengan Metode Flux Magnet 1. Nilai arus jangkar (Ia) 2. Nilai arus jala-jala (IL) 3. Nilai arus shunt (Ish) 4. Putaran motor 3.5.2 Variabel Dengan Metode Ward Leonard 1. Nilai arus jangkar (Ia) 2. Nilai arus jala-jala(il) 3.Arus frekuensi (If) 4. Putaran motor 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Untuk mengetahui bagaimana pengaturan kecepatan dengan metode pengaturan flux magnet dan metode ward leonard pada motor dc shunt, maka perlu dilakukan suatu percobaan ataupun pengujian. Dengan mengetahui bagaimana pengaturan masing masing metode berjalan, maka dari hasil yang didapatkan dapat dibandingkan pengaturan manakah yang paling baik dengan menjadikan efisiensi sebagai tolak ukur pada masing masing metode pengaturan. 4.2 Data Percobaan Pada penelitian ini, penulis melakukan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Data yang diperoleh dari percobaan tersebut adalah sebagai berikut dan ditampilkan juga pada lampiran. 4.2.1 Pengaturan Kecepatan Dengan Metode Flux Magnet A. Percobaan Tak Berbeban 32

Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Flux Magnet Pada Kondisi tak Berbeban V = 200 Volt R1 Ia Ish IL N 20 1,48 0,17 1,65 1605 40 1,5 0,16 1,66 1633 60 1,52 0,16 1,68 1648 80 1,53 0,15 1,68 1663 100 1,54 0,15 1,69 1701 120 1,55 0,15 1,70 1725 140 1,55 0,14 1,69 1741 160 1,56 0,14 1,70 1760 180 1,57 0,13 1,70 1784 200 1,58 0,13 1,71 1806 B. Percoban Berbeban Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Flux Magnet Pada Kondisi Berbeban V = 200 Volt R1 Ia Ish IL N 20 2,15 0,17 2,32 1553 40 2,19 0,16 2,35 1564 60 2,22 0,16 2,38 1571 33

R1 Ia Ish IL N 80 2,23 0,16 2,39 1579 100 2,26 0,16 2,42 1599 120 2,30 0,15 2,45 1621 140 2,33 0,15 2,48 1636 160 2,35 0,15 2,50 1644 180 2,37 0,14 2,51 1659 200 2,39 0,14 2,53 1675 4.2.2 Pengaturan Kecepatan Dengan Metode Flux Ward Leonard Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Dengan Metode Ward Leonard Vt Ia IL If N 15 1,32 1.35 0,03 736 30 1,10 1.15 0,05 1186 45 1,02 1.09 0,07 1257 60 1,04 1.14 0,10 1365 75 1,08 1.21 0,13 1438 90 1,13 1.28 0,15 1497 105 1,19 1.37 0,18 1545 120 1,25 1.47 0,22 1597 135 1,32 1.57 0,25 1644 150 1,44 1.72 0,28 1708 34

4.3 Analisis Data Dari data percobaan diatas, maka dapat dilakukan analisis perhitungan sebagai berikut : 4.3.1 Pengaturan Kecepatan dengan Metode Flux Magnet Untuk dapat menentukan nilai rugi rugi pada motor, maka harus dilakukan pengujian pada motor yang tak berbeban, sedangkan untuk menentukan nilai efisiensi maka harus dilakukan pengujian pada motor dengan kondisi berbeban. Percobaan kondisi tak berbeban Daya masukan pada kondisi tak berbeban ditentukan dengan formula : P(in) = Vt x IL Pada kondisi tak berbeban, daya masukan berfungsi untuk melayani rugi rugi yang terdapat pada motor, yang diantara adalah sebagai berikut : -Rugi rugi tembaga Rugi-rugi tembaga adalah rugi-rugi yang terdapat pada kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rugi-rugi tembaga ditentukan dengan formula sebagai berikut : P(cu-total)o= ( Ia ) 2 x Ra + ( Ish ) 2 x Rsh -Rugi-rugi konstan Rugi-rugi konstan yaitu rugi-rugi besi dan rugi-rugi angin. Rugi-rugi tersebut ditentukan dengan dengan formula sebagai berikut : 35

Pkonstan= (Pin)o (Pcu-total)o Percobaan kondisi berbeban Daya masukan pada kondisi berbeban dapat ditentukan dengan formula sebagai berikut : Pin= Vt x IL Pada kondisi ini, daya masukan berfungsi untuk melayani beban serta rugi-rugi pada motor, yang diantara sebagai berikut: Rugi-rugi tembaga : P(cu-total) = ( Ia ) 2 x Ra + ( Ish ) 2 x Rsh Rugi-rugi total. Rugi-rugi total adalah akumulasi besarnya nilai rugi-rugi tembaga dan rugi-rugi konstan. Dapat dituliskan dengan formula sebagai berikut : Σ Rugi-Rugi =Pcu-total + Pkonstan Sehingga daya yang digunakan untuk melayani beban adalah : Pout = Pin Σ Rugi-Rugi Efisiensi motor dc shunt adalah persen dari besarnya daya yang keluar dibandingkan dengan besarnya daya yang masuk pada motor, atau dapat diformulasikan sebagai berikut : η = Pout Pin x 100 % Untuk mengetahui nilai torsi pada motor, maka harus ditentukan dulu besar nilai ggl armatur pada motor : 36

Ea = Vt Ia x Ra Perubahan Fluksi : CØ = Ea n Dengan analisis pehitungan seperti di atas berserta data-data yang telah diperoleh melalui percobaan, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut : Pada saat R1 = 20 Kondisi tak berbeban P(in)0 = Vt x IL P(in)0 = 200 x 1,65 P(in)0 = 330 Watt P(cu-total)0 = ( Ia ) 2 x Ra + ( Ish ) 2 x Rsh P(cu-total)0 = (1,48) 2 x 3,8 + (0,17) 2 x 1250 P(cu-total)0 = 44,44 Pkonstan= (Pin)o (Pcu-total)o Pkonstan= 330 44,44 Pkonstan= 285,55 Watt Kondisi Berbeban P(in) = Vt x IL P(in) = 200 x 2,32 37

P(in) = 464 Watt P(cu-total) = ( Ia ) 2 x Ra + ( Ish ) 2 x Rsh P(cu-total) = (2,15) 2 x 3,8 + (0,17) 2 x 1250 P(cu-total) = 53,69 Pout = P(in) - P(cu-total) - Pkonstan Pout = 464-53,67-284,55 Pout = 124,75 Watt η = Pout Pin x 100 % η = 124,75 464 x 100 % η = 26,88 % Ea = Vt Ia x Ra Ea = 200 2,15 x 3,8 Ea = 191,83 CØ = 191,83 1553 CØ = 0,1235 Dengan merunut perhitungan di atas, nilai R1 mulai dari 40 hingga 200 ohm dapat ditentukan dengan menggunakan tabel di bawah ini dan perhitungan terperinci dapat dilihat pada lampiran. 38

Tabel 4.4 Data Hasil Analisis Dengan Metode Flux Magnet R1(ohm) Ia(Amp) Ish(Amp) IL(Amp) N(rpm) η(%) CØ 20 2,15 0,17 2,32 1553 26,88 0.1235 40 2,19 0,16 2,35 1564 27,30 0.1225 60 2,22 0,16 2,38 1571 27,32 0.1219 80 2,23 0,16 2,39 1579 26,80 0.1212 100 2,26 0,16 2,42 1599 27,21 0.1197 120 2,30 0,15 2,45 1621 28,37 0.1179 140 2,33 0,15 2,48 1636 28,80 0.1168 160 2,35 0,15 2,50 1644 28,92 0.1162 180 2,37 0,14 2,51 1659 29,21 0.1151 200 2,39 0,14 2,53 1675 29,32 0.1139 4.3.2 Pengaturan Kecepatan dengan Metode Ward Leonard Untuk menentukan besar nilai Torsi pada motor dc shunt, maka sebelumnya harus terlebih dahulu didapatkan besar nilai perubahan fluks dan besar nilai ggl motor. Besar nilai perubahan fluks ditulis dengan formula : CØ = Vt Ia x Ra n 39

Kemudian, Besar ggl motor ditulis dengan formula : Ea = Vt- Ia x Ra Setelah mendapatkan besar nilai perubahan fluks dan ggl motor, maka besar nilai Torsi pun dapat ditentukan. Besar nilai torsi ditulis dengan formula : Ta = Ea x Ia 2 π N Selanjutnya, dari besar torsi yang telah diketahui, maka daya keluaran motor dapat ditentukan. Besar daya keluaran motor ditulis dengan formula : Pout = 2 π N T Untuk menentukan besar efisiensi suatu motor dc shunt, maka terlebih dahulu harus diketahui besar nilai daya yang masuk dan besar nilai daya yang keluar. Besar daya yang masuk pada motor dc shunt adalah sebesar : Pin = Vt x IL Setelah nilai daya masuk dan daya keluar didapatkan, maka efisiensi motor dc shunt pun dapat ditentukan. Efisiensi Motor dc shunt : η = Pout Pin x 100 % Dengan analisis pehitungan seperti di atas berserta data-data yang telah diperoleh melalui percobaan, maka dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut : Pada saat Vt = 15 Volt 40

CØ = CØ = Vt Ia x Ra n 15 1,32 x 3,8 736 CØ = 0.019103261 Ea = Vt- Ia x Ra Ea = 15-1,32x 0,38 Ea = 14.4984 Ta = Ta = Ea x Ia 2 π N 14.4984 x 1,32 2 x 3,14 x 736 Ta =0.004141 Pout = 2 π N T Pout = 2 x 3,14 x 0.004141 Pout = 19.13789 Pin = Vt x IL 41

Pin = 15 x 1.35 Pin = 20.25 η = Pout Pin x 100 % η = 19.13789 20.25 x 100 % η = 94.50 % Dengan merunut perhitungan di atas, nilai Vt mulai dari 30 hingga 150 volt dapat ditentukan dengan menggunakan tabel di bawah ini dan untuk perhitungan lebih terperinci dapat dilihat pada lampiran. Tabel 4.5 Data Hasil Analisis Dengan Metode Ward Leonard Vt(V) Ia(A) IL(A) If(A) CØ Ta(Nm) N (rpm) η(%) 15 1,32 1.35 0,03 0.0191 0.0041 736 94.50 30 1,10 1.15 0,05 0.0246 0.0043 1186 94.31 45 1,02 1.09 0,07 0.0352 0.0057 1257 92.77 60 1,04 1.14 0,10 0.0434 0.0072 1365 90.62 75 1,08 1.21 0,13 0.0516 0.0089 1438 88.76 90 1,13 1.28 0,15 0.0596 0.0107 1497 87.86 105 1,19 1.37 0,18 0.0674 0.0128 1545 86.48 120 1,25 1.47 0,22 0.0745 0.0148 1597 84.69 135 1,32 1.57 0,25 0.0815 0.0171 1644 83.76 150 1,44 1.72 0,28 0.0872 0.0200 1708 83.41 42

4.4 Grafik Pengujian Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara fluksi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode flux magnet : Fluksi Vs Putaran Putaran (rpm) 1700 1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 0.1139 0.1151 0.1162 0.1168 0.1179 0.1197 0.1212 0.1219 0.1225 0.1235 Fluksi Gambar 4.1 Grafik Fluksi Vs Putaran Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara efisiensi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode flux magnet : Efisiensi Vs Putaran Putaran (rpm) 1700 1680 1660 1640 1620 1600 1580 1560 1540 1520 1500 1480 26,88 27,30 27,32 26,80 27,21 28,37 28,80 28,92 29,21 29,32 Efisiensi (%) Gambar 4.2 Efisiensi Vs Putaran 43

Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara tegangan dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode ward leonard : Tegangan Vs Putaran Putaran (rpm) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 Tegangan (Volt) Gambar 4.3 Tegangan Vs Putaran Berikut adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara efisiensi dan putaran dalam percobaan pengaturan putaran dengan metode ward leonard : Putaran vs Efisiensi putaran 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 94.50 94.31 92.77 90.62 88.76 87.86 86.48 84.69 83.76 83.41 efisiensi Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Vs Putaran 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Dari hasil analisis pada percobaan pengaturan putaran motor dc shunt dengan metode flux magnet didapat bahwa semakin besar nilai tahanan yang diuji maka semakin besar nilai efisiensi yang didapat. Pada percobaan ini, efisiensi terkecil adalah 26,88%, yakni ketika tahanan yang digunakan sebesar 20 ohm, dan efisiensi terbesar didapat pada pengujian tahanan sebesar 200 ohm, yakni 29,32%. 2. Dari hasil analisis pada percobaan pengaturan putaran motor dc shunt dengan metode ward leonard didapat bahwa semakin besar nilai tegangan yang digunakan maka semakin kecil efisiensi yang didapatkan. Pada percobaan ini, efisiensi terkecil adalah sebesar 83,41%, yakni ketika nilai tegangan yang digunakan sebesar 150 vot, dan efisiensi terbesar didapat pada pengujian tegangan sebesar 15 volt, yakni 94.50%. 3. Dari hasil analisis pada kedua percobaan yang dilakukan, yakni pengaturan putaran motor dc shunt dengan metode flux magnet dan metode ward leonard didapat bahwa pengaturan putaran dengan metode ward leonard memiliki efisiensi yang lebih baik dibandingkan dengan metode flux magnet. 45

5.2 Saran Dari penelitian ini, ada beberapa saran yang diajukan oleh penulis untuk penelitian selanjutnya, diantaranya : 1. Untuk penulis selanjutnya yang melakukan percobaan di Laboratorium Konvesi Energi, diharapkan untuk lebih teliti dalam melakukan percobaan karena kesalahan dalam pengambilan data sangat memengaruhi tingkat akurasi hasil penelitian. 2. Untuk penelitian selanjutnya dihapakan agar besar nilai tahanan geser lebih bervariasi untuk dapat mempermudah pengaturan perbandingan yang dilakukan. 3. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan melakukan variasi perbandingan metode yang digunakan dalam pengaturan putaran motor dc shunt. 4. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan mengganti tolak ukur kinerja motor motor dengan meneliti bagaimana pengaruh besar nilai tegangan atau tahanan pada perubahan nilai rugi-rugi pada motor. 46