STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SHUNT DENGAN METODE WARD LEONARD (Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik oleh DIMAS HARIND YUDHA PUTRA NIM: 090402040 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
ABSTRAK Motor arus searah merupakan salah satu motor listrik yang sering digunakan oleh industri industri terutama industri yang membutuhkan kecepatan putaran yang konstan. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Pengaturan kecepatan pada motor arus searah dapat dilakukan dengan metode ward leonard. Pengaturan putaran motor ini dilakukan dengan mengubah-ubah tegangan terminal yang memiliki daerah pengaturan yang luas. Dalam Tugas Akhir ini penelitian dilakukan dengan beberapa variasi tegangan dari yang terkecil 20 volt sampai yang terbesar 220 volt untuk mendapatkan hasil putaran yang juga akan bervariasi. Nilai kecepatan putaran tertinggi yang didapat sebesar 1850 rpm ketika diberi tegangan 220 volt dan kecepatan terendah sebesar 750 rpm ketika diberi tegangan 20 volt. Kata kunci : Motor dc, Pengaturan Kecepatan Motor, Ward Leonard
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul: STUDI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC SHUNT DENGAN METODE WARD LEONARD (Aplikasi pada Laboraturium Konversi Energi Listrik FT USU) Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik pada departemen Teknik Elektro FT USU. Tugas Akhir ini penulis persembahankan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak terhingga yaitu Ayahanda (Suarto) dan Ibunda (Nurhayati Ritonga) serta Adinda tercinta (Dessy Harind Andika Putri dan Ragil Harind Tri Pamungkas) yang memberi dukungan, semangat dan doanya. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T., sebagai Dosen Pembimbing tugas akhir saya yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Arman Sani, M.T., selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan. 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro. 4. Bapak Rachmad Fauzi, S.T., M.T., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro. 5. Keluarga besar Laboratorium Konversi Energi Listrik, terutama Bang Roy sebagai staff Administrasi Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah banyak membantu penulis dan tidak lupa kepada para asisten atas masukanmasukannya. 6. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik. 7. Sahabat-sahabat terbaik, Agung, Rizky, Rizal, Tondy, Arfan, Rizi, Nisa, Yuli, Lukman, Adly, Masykur, Afit, Adit, Faya, Asri, Leo, Doni, Wangto, Ahmad, Fahrul, Kentrick, Teguh, Reza, Budi, Arif dan seluruh teman-teman elektro stambuk 2009 lainnya yang tak bisa saya sebutkan satu persatu. 8. Dwi Surya Agustini, terima kasih banyak atas semua bantuan, motivasi dan dukungan yang luar biasa serta doanya kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Senior-seniorku, Bang Habibi 07, Bang Kukuh 07, Bang Indra 07, Bang Aji 08, Bang Syawali 08, dan junior-juniorku Rimbo 10, Dicky 10, Djaka 10 Dhuha 10 yang telah membantu penulis selama perkuliahan.
10. Kawan kandungku Hamdi Anshari Dalimunthe, Amd., Ednaz Hermawan, S.T., Siti Octrina Malikah Nasution, S.Ip., dan Raja Arif Rahman Siregar S.KG yang telah menjadi bagian hidup penulis. 11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami Tugas Akhir Penulis. Medan, September 2013 Penulis Dimas Harind Yudha Putra NIM : 090402040
DAFTAR ISI ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... i ii v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Manfaat Penulisan... 2 1.5 Batasan Masalah... 2 1.6 Metoda Penulisan... 3 1.7 Sistematika Penulisan... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Umum... 6 2.2 Konstruksi Motor Arus Searah... 7 2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah... 10 2.4 Gaya Gerak Listrik (GGL) Lawan Pada Motor Arus Searah... 13 2.5 Jenis-Jenis Motor Arus Searah... 14 2.5.1 Motor Arus Searah Penguatan Terpisah... 14 2.5.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri... 16 2.5.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Seri... 16
2.5.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt... 17 2.5.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompon... 18 2.5.2.3.1 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek... 18 2.5.2.3.2 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang... 19 2.6 Karakteristik Motor Arus Searah Penguatan Shunt... 20 2.6.1 Karakteristik Torsi Arus Jangkar (Ta/Ia)... 20 2.6.2 Karakteristik Putaran Arus Jangkar (n/ia)... 21 2.6.3 Karakteristik Putaran Torsi (n/ta)... 22 2.7 Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Shunt... 22 2.7.1 Metode Pengaturan Tahanan Jangkar... 23 2.7.2 Metode Pengaturan Fluksi... 24 2.7.3 Metode Pengaturan Tegangan (Ward Leonard System)... 25 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 28 3.2 Metode Pengumpulan Data... 28 3.3 Langkah-Langkah Penelitian... 29 3.4 Analisa Data... 30 3.5 Peralatan Yang Digunakan... 30 3.6 Rangkaian Pengujian... 31 3.7 Prosedur Pengujian... 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum... 33 4.2 Hasil Penelitian... 33 4.3 Analisa Data... 34
4.4 Grafik Pengujian... 45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 46 5.2 Saran... 47 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Stator... 7 Gambar 2.2 Kontruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor... 7 Gambar 2.3 Aturan Tangan Kiri untuk Prinsip Kerja Motor DC... 11 Gambar 2.4 Prinsip Kerja Putaran Motor DC... 12 Gambar 2.5 Motor Arus Searah Penguatan Bebas... 15 Gambar 2.6 Motor Arus Searah Penguatan Seri... 16 Gambar 2.7 Motor Arus Searah Penguatan Shunt... 17 Gambar 2.8 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek... 18 Gambar 2.9 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang... 19 Gambar 2.10 Kurva Karakteristik Torsi Arus Jangkar (Ta/Ia)... 21 Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Putaran Arus Jangkar (n/ia)... 21 Gambar 2.12 Karakteristik Putaran Torsi (n/ta)... 22 Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan Menambah Tahanan Seri Pada Jangkar... 24 Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan Rheostat Dalam Mengontrol Fluksi... 24 Gambar 2.15 Rangkaian Ekivalen Pengaturan Kecepatan Dengan Metode Ward Leonard... 25 Gambar 3.1 Rangkaian Pengujian... 30 Gambar 4.1 Grafik Tegangan Terminal vs Putaran Motor DC Shunt... 44 Gambar 4.2 Grafik Tegangan Terminal vs Torsi Motor DC Shunt... 44
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Hasil Pengujian Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt Dengan Metode Ward Leonard... 33 Tabel 4.2 Data Hasil Analisa Pengaturan Kecepatan Motor DC Shunt Dengan Metode Ward Leonard... 43