PENGARUH POSISI SIKAT DAN PENAMBAHAN KUTUB BANTU TERHADAP EFISIENSI DAN TORSI MOTOR DC SHUNT (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub Konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh JESAYAS SIHOMBING NIM : 090402087 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR PENGARUH POSISI SIKAT DAN PENAMBAHAN KUTUB BANTU TERHADAP EFISIENSI DAN TORSI MOTOR DC SHUNT (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh: JESAYAS SIHOMBING NIM: 090402087 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN Sidang pada tanggal 30 bulan April tahun 2014 di depan penguji: 1) Ir. Eddy Warman M.T : Ketua Penguji 2) Ir. Panusur SML.Tobing : Anggota Penguji Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir Ir. Syamsul Amien, MS NIP: 195306221981031002 Diketahui oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP: 19540531 198601 1 002
ABSTRAK Motor arus searah adalah sebuah mesin arus searah yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pada penggunaannya motor arus searah harus disesuaikan dengan kebutuhan agar ekonomis dan efisiensi. Untuk memenuhi semuannya ini, maka diperlukan motor arus searah yang memiliki efisiensi dan torsi tinggi.pengaturan posisi sikat dan penambahan kutub bantu berpengaruh terhadap kinerja dari motor DC. Dengan mengatur posisi sikat dan menambahkan kutub bantu, maka akan diperoleh efisiensi dan torsi yang lebih baik sehingga motor DC dapat bekerja dengan lebih baik. Pada tugas akhir ini akan dibahas pengaruh posisi sikat dan penambahan kutub bantu terhadap efisiensi dan torsi motor dc shunt.berdasarkan hasil pengujian dan perhitungan, efisiensi yang tertinggi diperoleh pada posisi sikat +30 0 yaitu pada motor DC shunt tanpa kutub bantu sebesar 64,70 %, sedangkan pada motor DC shunt dengan kutub bantu sebesar 65,09 %. Torsi yang tertinggi diperoleh pada posisi sikat -30 0 yaitu pada motor DC shunt tanpa kutub bantu sebesar 2,88 N-m, sedangkan pada motor DC shunt dengan kutub bantu sebesar 13,23 N-m. Kata kunci : motor dc shunt, posisi sikat, penambahan kutub bantu i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana atas berkat, karunia, dan rahmat-nya lah penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini, dengan judul : Pengaruh Posisi Sikat Dan Penambahan Kutub Bantu Terhadap Efisiensi Dan Torsi Motor DC Shunt (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Tugas akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada Amongku R. Sihombing dan Inongku M. Sidabutar yang telah senantiasa memberikan doa dan kasih sayang tiada hentinya kepada penulis, dan juga kepada Abangku U.M. Sihombing, SP beserta ketiga Kakakku E. Sihombing, A. Sihombing, S.Pd, dan F. Sihombing, S.Pd. Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, antara lain kepada : 1. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU. 2. Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU. ii
3. Bapak Ir. Syamsul Amin, M.S selaku dosen pembimbing Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Panusur SML. Tobing dan Ir. Eddy Warman, MT selaku dosen penguji Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak F. Rizal Batubara, ST. M.Ti selaku dosen wali Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan. 6. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan. 7. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 8. Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan satu persatu terutama sendok community. 9. Teman-teman WAR, Putri Tamba, Mumbane Napitupulu, Ktbffhoo Sitompul, Pemulabgt Sitohang, Sinamotevee Simanjuntak, Rhastaonasis Pasaribu, Felix Niko Marpaung, Madao Tampubolon, Kuchiyose Tanzil, Comelectric Nainggolan, Impal Sembiring. 10. Bambang, Samson, dan Raymon yang telah membantu Penulis dalam mengambil data di laboratorium. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, baik itu dari segi isi maupun susunan tata bahasanya. Untuk itu Penulis dengan tangan terbuka menerima saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan tugas akhir ini. iii
Akhir kata, Penulis berharap tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi para pembacanya. Medan, Februari 2014 Jesayas Sihombing 090402087 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL...x BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Metode Penulisan... 3 1.5. Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1. Motor Arus Searah... 5 2.2. Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 6 2.3. Reaksi Jangkar... 8 2.3.1. Pergeseran Sikat (Brush Shifting)... 11 2.3.2. Penambahan Kutub Bantu (Interpole)... 13 2.3.3. Belitan Kompensasi (Compensating Windings)... 14 2.4. Jenis-Jenis Motor Arus Searah... 14 v
2.4.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas... 15 2.4.2. Motor Arus Searah Penguatan Sendiri... 16 2.5. Rugi-Rugi Motor Arus Searah... 19 2.5.1. Rugi-Rugi Tembaga (Copper Loss)... 21 2.5.2. Rugi-Rugi Inti (Core or Iron Losses)... 21 2.5.3. Rugi-Rugi Mekanis (Mechanical Losses)... 23 2.5.4. Rugi-Rugi Sikat (Brush Losses)... 24 2.5.5. Rugi-Rugi Beban Stray (Stray Load Losses)... 25 2.6. Torsi Motor Arus Searah... 26 2.6.1. Torsi Jangkar... 27 2.6.2. Torsi Poros... 28 2.7. Efisiensi Pada Mesin Arus Searah... 29 BAB III METODE PENELITIAN... 30 3.1. Umum... 30 3.2. Waktu dan Tempat Penelitian... 30 3.3. Objek Penelitian... 30 3.4. Variabel Penelitian... 30 3.5. Metode Pengumpulan Data... 31 3.5.1. Metode Dokumentasi... 31 3.5.2. Metode Observasi... 31 3.6. Langkah-Langkah Penelitian... 31 vi
3.6.1. Tahap Persiapan... 32 3.6.2. Tahap Pengambilan Data... 32 3.7. Teknik Analisa Data... 32 3.8. Alat Dan Bahan... 34 3.9. Rangkaian Pengujian... 34 3.9.1. Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 34 3.9.2. Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 35 3.10. Prosedur Pengujian... 35 3.10.1. Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 35 3.10.2. Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 36 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 38 4.1. Umum... 38 4.2. Data Pengujian... 39 4.3. Analisa Data... 40 4.3.1 Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 40 4.3.2 Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 42 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 46 5.1. Kesimpulan... 46 5.2. Saran... 46 BAB VI DAFTAR PUSTAKA... 47 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 6 Gambar 2.2 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan medan... 8 Gambar 2.3 Fluksi yang dihasilkan oleh kumparan jangkar... 9 Gambar 2.4 Hasil kombinasi santara fluksi medan dan fluksi jangkar... 10 Gambar 2.5 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral... 12 Gambar 2.6 Pergeseran garis netral akibat reaksi jangkar... 13 Gambar 2.7 Kutub magnet utama dan kutub bantu... 14 Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan bebas... 15 Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan shunt... 16 Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen dc penguatan seri... 17 Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan kompon pendek... 18 Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen motor dc penguatan kompon panjang... 19 Gambar 2.13 Diagram aliran daya pada motor arus searah... 20 Gambar 2.14 Perputaran jangkar di dalam motor dua kutub... 22 Gambar 2.15 (a) Arus pusar di dalam jangkar yang padat (b) Arus pusar di dalam inti jangkar yang dilaminasi... 23 Gambar 2.16 Suatu pulley yang berputar karena mengalami suatu gaya... 26 Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 34 viii
Gambar 3.2 Rangkaian Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 35 Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Efisiensi Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu vs Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 44 Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Torsi Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu vs Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 45 ix
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Data Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 39 Tabel 4.2 Data Pengujian Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 40 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Efisiensi Dan Torsi Posisi Sikat Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu... 41 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Efisiensi Dan Torsi Posisi Sikat Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 43 Tabel 4.5 Perbandingan Efisiensi Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu Dengan Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 43 Tabel 4.6 Perbandingan Torsi Motor DC Shunt Tanpa Kutub Bantu Dengan Motor DC Shunt Dengan Kutub Bantu... 44 x