TEKNIK TENAGA LISTRIK KELOMPOK II Andinar (0906602401) Arwidya (0906602471) Christina (0906602499) Citra Marshal (0906602490) Kelompok 2 Christina M. Andinar H. Islamy Citra Marshal Arwidya Tantri A. 1
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut kuda kerja nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama yaitu: Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. 2
Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok: Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan). Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. motor DC yang memiliki tiga komponen utama: Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo. Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.. 3
4
Electromotive Force (EMF) / Gaya Gerak Listrik EMF induksi biasanya disebut EMF Counter. atau EMF kembali. EMF kembali artinya adalah EMF tersebut ditimbulkan oleh angker dinamo yang yang melawan tegangan yang diberikan padanya. EMF induksi terjadi pada motor listrik, generator serta rangkaian listrik dengan arah berlawanan terhadap gaya yang menimbulkannya. HF. Emil Lenz mencatat pada tahun 1834 bahwa arus induksi selalu berlawanan arah dengan gerakan atau perubahan yang menyebabkannya. Hal ini disebut sebagai Hukum Lenz. Timbulnya EMF tergantung pada: kekuatan garis fluks magnet jumlah lilitan konduktor sudut perpotongan fluks magnet dengan konduktor kecepatan konduktor memotong garis fluks magnet Tidak ada arus induksi yang terjadi jika angker dinamo diam. 5
Arus yang mengalir pada motor dengan hambatan R pada armature dapat dihitung dengan rumus dibawah ini : Ketika motor mati(tidak bekerja), maka Eo = 0 Volt. Maka Arus yang mengalir : Daya dan Torsi adalah 2 bagian yang sangat penting pada Motor DC. Daya listrik armature dapat dihitung dengan rumus dibawah ini: Kita ketahui pada persamaan sebelumnya bahwa Es adalah jumlah dari Eo + IR. Kita substitusikan dua persamaan di atas 6
I 2 R menunjukan disipasi panas dari armature. Daya listrik Eo.I sama dengan daya mekanik dari motor. P : Daya Mekanik Motor (W) Eo : GGL Induksi dari armature (Volt) Hubungan antara torsi dengan daya mekanik adalah sbb: Jika kita gabungkan 2 persamaan di atas maka akan diperoleh : Jika motor DC dijalankan dengan beban atau tanpa beban,,,,eo mempunyai tegangan yang hampir sama dengan Es,,,dengan asumsi R selalu kecil maka dari persamaan sebelumnya: 7
Armature speed control Kecepatan motor bisa diatur, dengan mengatur Es dan menjaga flux tetap konstan. Armature speed control 8
Armature speed control Untuk mengatur kecepatan motor, dalam prakteknya motor armature dapat dihubungkan dengan voltage DC generator. Jika field excitation dari motor dijaga tetap konstan, dan generator excitation diatur dari nol sampai maks., maka generator output Es bisa divariasikan dari nol sampai maks. Metode speed control ini disebut sebagai Ward- Leonard system. Armature speed control Cara lain untuk mengontrol kecepatan dari motor dc adalah menempatkan rheostat yang di-seri-kan dengan armature. Arus dalam rheostat menghasilkan voltage drop dikurangi dari fixed source voltage Es, menghasilkan tegangan suplai yang lebih kecil dari armature. Metode ini memungkinkan kita untuk mengurangi kecepatan. 9
Field speed control Jika flux Φ dinaikkan dan tegangan Es dijaga agar tetap konstan, maka kecepatannya akan jatuh dan sebaliknya. Metode speed control ini sering digunakan saat motor harus dijalankan di atas kecepatan rataratanya, disebut base speed. Untuk mengatur flux, dihubungkan dengan rheostat secara seri dengan fieldnya. Motor shunt Motor shunt : motor dengan sumber daya sendiri Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A). 10
Motor shunt Kecepatan motor shunt : Kecepatannya konstan tidak tergantung pada beban Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah). Motor seri Motor seri hampir sama konstruksinya dengan motor shunt, kecuali fieldnya. Field dihubungkan secara seri dengan armature, terdiri dari beberapa putaran kawat yang mempunyai penampang cukup besar untuk membawa arus. 11
Motor seri Pada motor seri, flux per pole tergantung dari arus armature dan beban. Saat arusnya besar, fluxnya besar dan sebaliknya. Jika motor seri dioperasikan pada beban penuh, saat di starts up, arus armature lebih tinggi daripada normalnya, dan fluxnya juga lebih besar daripada normal. Aplikasi motor seri : Kereta listrik Compound Motor Terdiri dari kumparan medan seri dan shunt Medan shunt disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo 12
Cont. Medan seri disambungkan secara seri dengan gulungan dinamo Pengereman pada motor Pengereman motor listrik dapat dilaksanakan secara elektrik. Pengereman secara elektrik dapat dilaksanakan dengan dua cara yaitu secara: Dinamis Plugging 13
Pengereman secara Dinamis Pengereman yang dilakukan dengan melepaskan jangkar yang berputar dari sumber tegangan dan memasangkan tahanan pada terminal jangkar Motor listrik seolah-olah berfungsi sebagai generator Gaya gerak listrik yang timbul pada belitan jangkar dibebani b i dengan resistor Jadi energi pengereman terbuang sebagai panas pada resistor itu. Pengereman secara Plugging Pengereman yang dilakukan dengan membalik polaritas motor Membalikan polaritas tegangan pada jangkar atau pada penguat medan Dengan cara ini motor cepat berhenti berputar, malah cenderung berbalik arah 14
Reaksi Jangkar Disebabkan oleh pengaruh garis gaya magnit yang ditimbulkan arus jangkar terhadap garis gaya magnit kutub utama mesin sehingga membelokkan arah garis gaya magnit utama dan menggeser garis netral Pengaruh reaksi jangkar pada motor DC adalah menurunkan fluksi yang diperlukan ketika beban dinaikkan. Reaksi jangkar mempunyai pengaruh terhadap komutasi dan menyebabkan timbulnya bunga api. Distorsi flux Distribusi fluks ketika motor berjalan tanpa beban Fluks yang terjadi akibat beban penuh dari arus jangkar Fluks yang terjadi saat motor berjalan dengan beban penuh 15
Cara mengatasi reaksi jangkar Dengan memasang kutub bantu terletak diantara kutub utama dan dtengah garis netral. Lilitan penguat kutub bantu dihubungkan seri dengan lilitan jangkar Untuk mesin besar biasanya digunakan lilitan kompensasi, lilitan kompensasi dipasang didalam alur pada permukaan kutub utama sehingga akan melawan medan arus jangkar, lilitan ini dihubungkan seri dengan lilitan jangkar 16
Contoh soal Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm dan mengambil arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan tegangan pada sikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b. Jawaban: Ea = V Ia Ra 2 E = (230 2 ) (48 x 0.312) = 213 volt Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia = 213 x 48 = 10.224 watt Eb = V Ia Ra 2 E = (230 2) (48 x 0.417) = 208 volt Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia = 208 x 48 = 9984 watt 17