Modul 3 Dasar Konversi Energi Listrik Motor Arus Searah 3.1 Definisi Motor Arus Searah Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak, tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor. Motor arus searah pada jaman dahulu (sebelum di kenal menghasilkan tenaga mekanik berupa kecepatan atau berputaran. 3.2 kegunaan motor arus searah searah Dalam kehidupan sehari hari di gunakan pada Motor stator mobil Tape recorder Pada mainan anak anak. Dalam bidang industry dan pabrik, digunakan pada Traksi. Elevator. Conveyer. Tram listrik Untuk menggerakan mesin mesin produksi di pabrik. 3.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah. Berdasarkan bahwa apabila suatu penghantar yang membawa arus listrik di letakkan di dalam suatu medan magnet, maka akan timbul gaya mekanik, yang besarnya adalah: newton Gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik sehingga motor akan berputar. Jadi motor arus searah menerima sumber arus searah dari jala jala kemudian di rubah menajdi energy mekanik berupa perputaran yag nantinya di pakai oleh peralatan yang lain. Ringkasan prinsip kerja dari motor membutuhkan: 1. Adanya garis garis gaya medan magnet (fluks) antara kutub yang berada pada stator. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 1
2. Penghantar yang dialiri arus di tempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet. 3. Pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi. 3.4 Konstruksi Motor Arus Searah Bagian yang terpenting dari motor DC adalah: Bagian yang diam (stator): Badan (body) motor Magnit Sikat sikat Kerangka generator Kutub kutub utama beserta belitannya Bantalan bantalan poros. Bagian yang berputar (rotor) Rotor jangkar dan lilitannya Poros jangkar (armature) Kumparan jangkar Inti jangkar 3.5 Jenis Motor Arus Searah. Jenis motor arus searah sama dengan jenis generator DC sebenarnya suatu mesin arus searah dapat di pakai sebagai generator dan dapat pula dipakai sebagai motor. Dengan membalikkan generator DC, dimana sekarang tegangan Vc menjadi sumber dan tegangan jangkar Eg merupakan GGL lawan. Generator DC ini akan berlaku sebagai motor DC oleh karena itu hubungan antara tegangan Vt dan Ea dapat ditulis sebagai berikut: 1. Motor Berpenguatan Bebas. Pada jangkar motor timbul EMF (GGL) lawan sebesar Eg yang melawan tegangan masuk (Vt). Rangkaian ekivalen motor Dc berpenguatan bebas seperti gambar di bawah ini: PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 2
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan, arus, daya dan tahanana dapat di tuliskan sebagai berikut: Keterangan persamaan di atas: = Tegangan terminal dalam Volt = EMF (GGL) lawan dalam volt = Arus dari jala jala dalam amper = Arus jangkar dalam amper = Arus medan dalam amper = Tegangan pengauat dalam volt = Tahanan medan dalam ohm = Tahanan jangkar dalam ohm = tahanan pengatur arus medan dalam ohm = Rugi tegangan dalam sikat. 2. Motor Arus Searah Berpenguatan Sendiri Terbagi kedalam: Motor DC shunt Motor DC seri Motor Dc kompon ( campuran) Motor DC kompon pendek Motor DC kompon panjang a. Motor DC shunt PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 3
Rangkaian ekivalen motor DC shunt seperti pada ganbar di bawah ini: Dari rangkaian ekivalen motor DC shunt tersebut, persamaan yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus, daya dan tahanan adalah : Dengan : = Tegangan terminal dalam Volt = EMF (GGL) lawan dalam volt = Arus jangkar dalam amper = Arus medan shunt dalam amper = Arus jala jala dalam amper = Daya input dalam watt. = Tahanan jangkar dalam ohm = Rugi tegangan dalam sikat Contoh soal Suatu mesin arus searah shunt 220 volt mempunyai tahanan jangkar sebesar 0,5 ohm. Jika pada waktu beban penuh arus jangkar sebesar 20 amper, hitung EMF (GGL) lawan jangkar jika mesin bekerja sebagai : a. Generator b. Motor Penyelesaian a. Jika mesin bekerja sebagai generator shunt seperti gambar di bawah ini: PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 4
Di ketahui : = 220 volt = 20 Amper = 0,5 Ohm ( ) b. Jika mesin bekerja sebagai motor shunt lihat gambar ( ) 3. Motor DC seri Rangkaian ekivalen motor DC seri lihat gambar di bawah ini: PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 5
Persamaan yang menyatakan hubungan antara arus, tegangan, daya dan tehanan adalah berdasarkan rangkaian ekivalen diatas Keterangan persamaan : = Tegangan terminal motor dalam Volt = EMF (GGL) lawan dari jangkar dalam volt = Arus jangkar dalam amper = Arus medan shunt dalam amper = Arus dari jala jala dalam amper = Tahanan kumparan jangkar dalam ohm = Tahanan kumparan seri dalam ohm = Rugi tegangan pada sikat Contoh soal Suatu motor arus searah seri 50 kw, 250 volt, tahanan jangkar 0,1 ohm dan tahanan medan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total pada sikat 2 volt. Hitung EMF (GGL) lawan? Penyelesaian : Berdasarkan rangakian ekivalen motor DC seri di ketahui : = 50 kw = 50000 watt = 250 Volt = 0,1 Ohm = 0,15 ohm = 2 volt PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 6
4. Motor DC kompon Terbagi : Motor DC kompon pendek Motor DC kompon panjang Motor DC kompon pendek Rangkaian ekivalen motor DC kompon pendek Berdasarkan rangkaian ekivalen dapat di buat persamaan yang menyatakan hubungan arus, tegangan, daya dan tahanan sebagai berikut: Dengan : = Tegangan terminal motor dalam Volt = EMF (GGL) lawan dari jangkar dalam volt = Arus jangkar dalam amper PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 7
= Arus medan shunt dalam amper = Tahanan kuparan jangkar dalam ohm = Tahanan kumparan seri dalam ohm = Tahanan Kumparan medan shunt dalam ohm = Rugi tegangan dalam sikat dalam watt. Contoh soal Suatu motor DC kompon pendek dengan daya input 34,5 kw, tegangan terminal 230 volt, tahanan kumparan medan shunt, medan seri, dan jangkar, masing masing sebesar 92 ohm, 0,015 ohm, 0,03 ohm Hitung: a. Arus jangkar b. EMF (GGL) lawan yang di bangkitkan oleh jangkar c. Daya output yang di bangkitkan oleh jangkar Penyelesaian Di ketahui : = 230 volt = 92 ohm = 0,015 ohm = 0,03 ohm = 34,5 kw = 34,500 watt ( ) a. Arus jangkar b. EMF (GGL) lawan yang di bangkitkan ( ) ( ) c. Daya output yang di bangkitkan oleh jangkar PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 8
5. Motor Arus Searah Kompon Panjang Rangkaian ekivalen motor DC kompon panjang seperti gambar di bawah : Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut persamaan yang menyatakan hubungan arus, tegangan, daya dan tahanan akan mengikuti persamaan sebagai berikut: Keterangan : parameter persamaan diatas sama dengan motor DC kompon DC = Tegangan terminal motor dalam Volt = EMF (GGL) lawan dari jangkar dalam volt = Arus jangkar dalam amper = Arus medan shunt dalam amper = Tahanan kuparan jangkar dalam ohm = Tahanan kumparan seri dalam ohm = Tahanan Kumparan medan shunt dalam ohm = Rugi tegangan dalam sikat Contoh soal Suatu motor DC kompon panjang dengan daya input 300 kw, tegangan terminal 600 volt, mempunyai tahanan medan shunt 75 ohm, tahanan jangkar termasuk tahanan sikat 0,41 ohm, tahanan medan seri 0,012 ohm, dan resistansi yang di parallel dengan medan seri sebesar 0,036 ohm, hitung: a. Arus jangkar b. EMF(GGL) lawan yang di bangkitkan oleh jangkar c. Daya yang di bangkitkan oleh jangkar Penyelesaian Di ketahui : PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 9
= 300 kw = 300.000 w = 600 Volt = 0,41 ohm = 0,012 ohm Tahanan yang di parallel dengan = 0,036 ohm Tahanan seri ( ) = tahanan 0,036 ohm a. Arus jangkar Jatuh tegangan pada medan seri Jatuh tegangan pada jangkar dan sikat b. PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Badaruddin, MT. DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK 10