TUGAS AKHIR PERBANDINGAN KECEPATAN MOTOR-DC SHUNT PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK DENGAN SIMULINK MATLAB Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1 ) pada Departeman Teknik Elektro Oleh TONNY MICHAEL PASARIBU NIM : 060402003 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Lembaran pengesahan PERBANDINGAN KECEPATAN MOTOR-DC SHUNT PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK DENGAN SIMULINK MATLAB Oleh : Tonny Michael Pasaribu 060402003 Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik elektro Disetujui oleh : Dosen Pembimbing Ir.Syarifuddin Siregar NIP. 19461208 19760 31 002 Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Ft USU, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP. 19540531 19860 11 002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PERBANDINGAN KECEPATAN MOTOR-DC SHUNT PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK DENGAN SIMULINK MATLAB Oleh : Tonny Michael Pasaribu 060402003 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 di depan penguji : 1. Ir. Sumantri Zulkarnaen : Ketua penguji :... 2. Ir. Satria Ginting : Anggota Penguji :... 3. Ir. H.Rahman Hasibuan : Anggota Penguji :... Disetujui oleh : Pembimbing Tugas Akhir, Ir.Syarifuddin Siregar NIP. 19461208 19760 31 002 Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro Ft USU, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP. 19540531 19860 11 002
KATA PENGANTAR Segala Puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah Tri Tunggal yang maha rahim (Bapa, Putra dan Roh Kudus) atas berkat dan rahmat-nya sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan penuh ketulusan hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Kedua Orangtua yang saya banggakan J.Pasaribu dan M.Sumbayak serta Ketiga abang saya Efendi Pasaribu.SP, Ronald Pasaribu.SE, dan Jolinson Pasaribu atas dukungan moril dan spiritual. 2. My Only Sweetheart, Irene Margareth Hutagaol.SE I hope soon u ll be mine. 3. Bapak Ir.Syarifuddin Siregar, selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 4. Ibu Windalina Syafiar, selaku Dosen Wali Penulis. 5. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim, M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT- USU. 6. Teman teman yang meluangkan waktunya membantu penulis Tua, Rozi,Igbal, bg Zogza, dan rekan rekan asisten laboratorium konversi. 7. Semua rekan-rekan di Elektro USU terutama Elektro angkatan 06 (Frans, Oden,Jay,JhonC,Topan,Baim,Ivan,Fres,Rooster,Mitro,GG,Andre,Tokai,Su Bayu,Iting,Purlong,Okta,Ebag,Oyen,BerthBrothers, dsb yang tidak bisa disebutkan satu persatu) Thank s for LES n waktunya.
Penulis sangat mengharapkan tanggapan dan kritikan yang membangun dari berbagai pihak agar dapat dipergunakan oleh penulis untuk meningkatkan kualitas diri. Medan, Juni 2011 Penulis, Tonny Michael Pasaribu NIM. 060402003
Abstrak Tugas akhir ini bertujuan, Untuk membandingkan kecepatan motor arus searah yang terdapat pada laboratorium konversi energi dengan kecepatan motor dengan menggunakan simulink matlab (sesuai dengan karakteristik mesin yang ada di laboratorium konversi energi). Dalam membuat simulink ini, peralatan yang ada di laboratorium konversi energi listrik FT USU, dijadikan acuan pembanding kelayakan dari simulink yang dibuat. Untuk perbandingan kecepatan motor arus searah ini, diambil motor arus searah penguatan shunt sebagai acuan. Dalam pengaturannya kita gunakan rheostat yang dipasangkan secara seri dengan tahanan jangkar dan tahanan medan, sedangkan sebagai beban digunakan generator arus searah berpenguatan bebas dengan beban konstan. Dari hasil percobaan yang dilakukan pada laboratorium dibandingkan dengan penggunaan simulink matlab, simulasi ini layak untuk dijadikan sebagai acuan bagi yang membutuhkan.
DAFTAR ISI HAL ABSTRAK... DAFTAR ISI... i ii DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR TABEL... ix BAB I. PENDAHULUAN... 1 I.1. Latar belakang masalah... 1 I.2. Tujuan penulisan... 3 I.3. Batasan masalah... 3 I.4. Metode penulisan... 3 I.5. Sistematika penulisan... 4 BAB II. MOTOR DC...6 II.1. Umum...6 II.2. Konstruksi motor-dc.....7 II.3. Prinsip kerja motor-dc... 15 II.4. Jenis motor-dc...22 II.4.1. Motor arus searah penguatan bebas.....23 II.4.2. Motor arus searah penguatan sendiri....24 II.4.2.1 Motor arus searah penguatan seri...24
II.4.2.2 Motor arus searah penguatan shunt.... 25 II.4.2.3 Motor arus searah kompon panjang.....26 II.4.2.4 Motor arus searah kompon pendek............28 BAB III. PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC... 30 III.1. Umum... 30 III.1.1 Pengaturan kecepatan motor arus searah... 30 III.1.2 Pengaturan arah putaran motor arus searah... 31 III.1.3.Pengereman dan penghentian motor arus searah... 32 III.2. Jenis pengaturan kecepatan motor DC... 32 III.2.1 Pengaturan sumber tegangan... 33 III.2.2 Pengaturan tahanan jangkar... 35 III.2.3 Pengaturan fluksi magnetik... 36 BAB IV. PERCOBAAN DAN SIMULASI KECEPATAN MOTOR DC.. 38 IV.1. Umum... 38 IV.2. Jenis komponen dan spesifikasi peralatan... 42 IV.3. Pengujian tahanan geser... 43 IV.3.1 Rangkaian percobaan... 44 IV.3.2 Prosedur percobaan...44 IV.3.3 Data percobaan...45 IV.4.Pengujian motor DC shunt pengaturan medan shunt...46 IV.4.1 Rangkaian percobaan... 46 IV.4.2 Prosedur percobaan... 46
IV.4.3 Data percobaan... 47 IV.5 Pengujian motor DC shunt pengaturan jangkar... 48 IV.5.1 Rangkaian percobaan... 48 IV.5.2 Prosedur percobaan... 49 IV.5.3 Data percobaan... 49 IV.6 Pengujian motor DC shunt pengaturan medan dan jangkar... 50 IV.6.1 Rangkaian percobaan... 50 IV.6.2 Prosedur percobaan... 51 IV.6.3 Data percobaan... 52 IV.7 Pemodelan motor DC... 53 IV.7.1 Pemodelan sistem motor DC... 53 IV.8 Simulasi dengan simulink matlab... 54 IV.9 Hasil simulasi dengan simulink matlab... 55 IV.9.1 Pengaturan tahanan medan... 55 IV.9.2 Pengaturan tahanan jangkar... 55 IV.9.3 Pengaturan tahanan medan dan jangkar... 56 BAB V. ANALISIS PERBANDINGAN...58 V.1 Pengujian dengan menggunakan simulink....58 V.1.1 Hasil simulink pengaturan tahanan medan shunt... 58 V.1.2 Hasil simulink pengaturan tahanan jangkar... 59 V.1.3 Hasil simulink pengaturan tahanan jangkar dan medan... 60 V.2 Analisis Percobaan... 61 V.2.1 Analisis percobaan penambahan rheostat pada medan... 61
V.2.2 Analisis percobaan penambahan rheostat pada jangkar... 63 V.2.3 Analisis percobaan penambahan rheostat pada jangkar dan medan 65 V.3 Perbandingan hasil percobaan dengan simulink...67 V.3.1 Pengaturan tahanan medan...68 V.3.2 Pengaturan tahanan jangkar... 68 V.3.3 Pengaturan tahanan jangkar dan medan... 69 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN... 70 VI.1 Kesimpulan... 70 VI.2 Saran-saran... 71 DAFTAR PUSTAKA... 72
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Konstruksi Motor Arus Searah.7 Gambar 2.2 Stator 8 Gambar 2.3 Rotor.8 Gambar 2.4 Rangka gandar dan kumparan medan...8 Gambar 2.5 Peletakan kumparan medan pada kutub utama.10 Gambar 2.6 Kutub Utama..10 Gambar 2.7 Bantalan (bearing) dan Kipa.11 Gambar 2.8 Sikat dan pemegangnya.. 12 Gambar 2.9 Tutup motor...13 Gambar 2.10 Inti jangkar dan poros..13 Gambar 2.11 Jenis kumparan jangkar...14 Gambar 2.12 Letak dan penampang komutator...15 Gambar 2.13 Pengaruh letak konduktor berarus pada medan magnet yang diam...15 Gambar 2.14 Kaidah tangan kiri.16 Gambar 2.15 Model kerja motor-dc.16 Gambar 2.16 Prinsip kerja motor arus searah.18 Gambar 2.17 Pembagian motor arus searah 22 Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan beba... 23 Gambar 2.19 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri.24 Gambar 2.20 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt...25 Gambar 2.21 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial (lawan)..26
Gambar 2.22 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif (bantu).. 27 Gambar 2.23. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial (lawan).28 Gambar 2.24 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek komulatif (bantu) 28 Gambar 3.1 Pengaturan Arah Dengan Menggunakan Saklar..31 Gambar 3.2 Rangkaian pengaturan kecepatan Motor-DC pengaturan sumber tegangan 33 Gambar 3.3 Konfigurasi Ward Leonard.34 Gambar 3.4 Rangkaian pengaturan kecepatan Motor-DC pengaturan tahanan jangkar.....35 Gambar 3.5 Rangkaian pengaturan kecepatan Motor-DC pengaturan fluks Magnetic.37 Gambar 4.1 Rangkaian pengaturan tahanan seri pada medan shunt... 38 Gambar 4.2 Rangkaian pengaturan tahanan seri pada jangkar 39 Gambar 4.3 Rangkaian pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt..40 Gambar 4.4 Rangkaian pengujian tahanan geser.44 Gambar 4.5 Rangkaian percobaab pengaturan tahanan seri pada medan shunt..46 Gambar 4.6 Rangkaian percobaan pengaturan tahanan seri pada jangkar.....48 Gambar 4.7 Rangkaian percobaan pengaturan tahanan seri pada jangkar dan medan shunt... 51 Gambar 4.8 Grafik pengaruh beban terhadapkecepatan 53
Gambar 4.9 Pemodelan motor arus searah... 53 Gambar 4.10 Rangkain motor arus searah penguatan shuntberbeban 54 Gambar 4.11 Pemodelan dengan simulink matlab.. 54 Gambar 4.12 Print screen grafik pengaturan tahanan medan simulink matlab..55 Gambar 4.13 Print screen grafik pengaturan tahanan jangkar simulink matlab 56 Gambar 4.14 Print screen grafik pengaturan tahanan jangkar dan medan simulink matlab.... 56 Gambar 5.1 Grafik pengaturan tahanan medan pada simulink matlab 59 Gambar 5.2 Grafik pengaturan tahanan jangkar pada simulinkmatlab..60 Gambar 5.3 Grafik pengaturan tahanan medan dan jangkar pada simulink matlab 61 Gambar 5.4 Grafik pengaturan tahanan medan pada percobaan di laboratorium 63 Gambar 5.5 Grafik pengaturan tahanan jangkar pada percobaan di laboratorium 65 Gambar 5.6 Grafik pengaturan tahanan medan dan jangkar pada percobaan di laboratorium 67 Gambar 5.7 Grafik pengaturan tahanan medan pada percobaan di laboratorium VS simulink..68 Gambar 5.8 Grafik pengaturan tahanan jangkar pada percobaan di laboratorium VS simulink..68 Gambar 5.9 Grafik pengaturan tahanan jangkar dan medan pada percobaan di laboratorium VS simulink 69
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Pengujian tahanan geser 45 Tabel 4.2 Pengujian kecepatan motor dc shunt pengaturan medan shunt 47 Tabel 4.3 Pengujian kecepatan motor dc shunt pengaturan tahanan jangkar 50 Tabel 4.4 Pengujian kecepatan motor dc shunt pengaturan medan shunt dan tahanan jangkar 52 Tabel 5.1 Hasil simulink kecepatan motor dc shunt pengaturan medan shunt 58 Tabel 5.2 Hasil simulink kecepatan motor dc shunt pengaturan tahanan jangkar 59 Tabel 5.3 Hasil simulink kecepatan motor dc shunt pengaturan medan shunt dan tahanan jangkar 61