Oleh LAMCAN RAYA TAMBA NIM :

METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH (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 LAMCAN RAYA TAMBA NIM : 090402095 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU) Oleh: LAMCAN RAYA TAMBA NIM : 090402095 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 17 Bulan Desember 2014 di depan Penguji: 1. Ketua Penguji : Ir. Syamsul Amien, MS 2. Anggota Penguji : Ir. Raja Harahap, MT Disetujui oleh: Pembimbing Tugas Akhir Ir. EDDY WARMAN, MT NIP. 1954 1220 198003 1 003 Diketahui oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si. NIP. 19540531198611002

ABSTRAK Suatu mesin arus searah atau mesin DC, dikatakan memiliki kinerja yang baik jika memiliki efisiensi yang tinggi, yang berarti juga bahwa mesin arus searah tersebut memiliki rugi-rugi daya yang kecil. Untuk mengetahui kemampuan atau kinerja suatu mesin arus searah perlu menganalisa mesin tersebut dengan melakukan pengujian, sehingga didapatkan nilai-nilai yang merujuk kepada rugirugi daya dan efisiensi. Dengan mengetahui rugi-rugi daya pada suatu mesin DC, maka kita dapat menentukan efisiensinya. Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk menghitung rugi-rugi motor DC. Salah satu metode yang bisa digunakan adalah metode Perlambatan (retardation test). Metode Perlambatan digunakan untuk mendapatkan besar rugi-rugi mekanis dan besi. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, didapatkan bahwa efisiensi motor DC Kompon Panjang yang diuji mencapai nilai tertinggi pada keadaan ¾ beban penuh, yaitu sebesar 71,58% dan efisiensi terendah terjadi pada saat kondisi ¼ beban penuh sebesar 54,08%. Kata kunci: efisiensi motor dc kompon panjang, uji perlambatan, 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 : METODE PERLAMBATAN (RETARDATION TEST) DALAM MENENTUKAN RUGI-RUGI DAN EFISIENSI MOTOR ARUS SEARAH (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 kedua orang tua penulis, H.Tamba dan T.Siringoringo yang telah senantiasa memberikan doa dan kasih sayang tiada hentinya kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tulisan ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. 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. Kedua orang tua penulis, H. Tamba dan T. Siringoringo serta abang dan kakak penulis yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada penulis dengan segala kasih sayang yang tidak ternilai harganya. ii

2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU. 3. Bapak Ir. Rahmat Fauzi, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT- USU. 4. Bapak Ir. Eddy Warman, MT selaku dosen pembimbing Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Syamsul Amin, MS dan Ir. Raja Harahap, MT selaku dosen penguji Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Ibu Naemah M, ST. MT selaku dosen wali Penulis yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menjalani masa perkuliahan. 7. Seluruh staf pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik yang telah membekali Penulis dengan ilmu pengetahuan selama menjalani perkuliahan. 8. Seluruh karyawan di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 9. Sahabat sekaligus teman-teman Penulis stambuk 2009 yang tak dapat disebutkan satu persatu terutama sendok community. 10. 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. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, baik itu dari segi isi maupun susunan tata bahasanya. Untuk itu Penulis dengan iii

tangan terbuka menerima saran dan kritik dari pembaca dengan tujuan membangun dan mengembangkan tugas akhir ini. Akhir kata, Penulis berharap tugas akhir ini bisa bermanfaat dan menambah wawasan bagi penulis sendiri dan para pembacanya. Medan, Agustus 2014 Lamcan Raya Tamba 090402095 iv

DAFTAR ISI ABSTARAK...i KATA PENGANTAR...ii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR TABEL...xii 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...4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA...5 2.1. Motor Arus Searah...5 2.2. Kontruksi Motor Arus Searah...7 2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah...11 2.4. Reaksi Jangkar...13 2.5. Jenis-Jenis Motor Arus Searah...17 2.5.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas...17 2.5.2. Motor Arus Searah Penguatan Sendiri...19 v

2.6. Rugi-Rugi Motor Arus Searah...26 2.6.1. Rugi-Rugi Tembaga (Copper Loss)...27 2.6.2. Rugi-Rugi Inti (Core or Iron Losses)...28 2.6.3. Rugi-Rugi Mekanis (Mechanical Losses)...30 2.6.4. Rugi-Rugi Sikat (Brush Losses)...31 2.6.5. Rugi-Rugi Beban Stray (Stray Load Losses)...31 2.7. Efisiensi Mesin Arus Searah...32 2.7.1. Efisiensi Generator...32 2.7.2. Efisiensi Motor...33 2.8. Pengujian Motor Arus Searah...35 2.8.1. Uji Swinburne atau Uji Tanpa Beban...36 2.8.2. Uji Regeneratif atau Hopkinson...36 2.8.3. Uji Medan...37 2.8.4. Uji Rem (Brake Test)...37 2.8.5. Uji Perlambatan atau Retardation Test...38 BAB III METODE PENELITIAN...43 3.1. Umum...43 3.2. Waktu dan Tempat Penelitian...43 3.3. Objek Penelitian...43 vi

3.4. Variasi Pengukuran...43 3.5. Teknik Analisa Data...44 3.6. Alat dan Bahan Pengujian...46 3.7. Rangkaian dan Prosedur Pengujian...48 3.7.1. Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...49 3.7.2. Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...50 3.7.3. Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...51 3.7.4. Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...52 3.7.5. Pengukuran Tahanan Jangkar Motor...53 3.7.6. Pengukuran Tahanan Medan Shunt Motor...54 3.7.7. Pengukuran Tahanan Medan Seri...55 3.7.8. Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi...56 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...58 4.1. Data Pengujian...58 4.2. Analisa Data...61 4.2.1 Umum...61 4.2.2. Perhitungan Momen Inersia Motor DC Kompon Panjang...61 vii

4.2.3. Perhitungan Rugi-Rugi Rotasi Motor DC Kompon Panjang...63 4.2.4. Perhitungan Rugi-Rugi Konstan (Wc)...65 4.2.5. Perhitungan Rugi-Rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang...66 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...72 1. 5.1. Kesimpulan...72 5.2. Saran...72 BAB VI DAFTAR PUSTAKA...74 viii

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Motor DC Sederhana...6 Gambar 2.2(a). Kontruksi Motor Arus Searah...7 Gambar 2.2(b). Kontruksi Stator dan Rotor Motor Arus Searah...8 Gambar 2.2(c). Kontruksi Rotor Motor Arus Searah...8 Gambar 2.2(d). Kontruksi Inti Kutub dan Penempatannya...9 Gambar 2.2(e). Inti Jangkar yang Berlapis-lapis...10 Gambar 2.2(f). Komutator...11 Gambar 2.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah...11 Gambar 2.4(a). Fluksi yang dihasilkan oleh Kumparan Medan...13 Gambar 2.4(b). Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Jangkar...14 Gambar 2.4(c). Hasil Kombinasi antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar...15 Gambar 2.5(a). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Bebas...17 Gambar 2.5(b). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Shunt...19 Gambar 2.5(c). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Seri...20 Gambar 2.5(d). Rangkaian Ekivale Motor DC Penguatan Kompon Pendek...22 Gambar 2.5(e). Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguatan Kompon Panjang...23 Gambar 2.5(f). Karakteristik Torsi dan Arus Jangkar...24 Gambar 2.5(g). Karakteristik Kecepatan dan Arus Jangkar...25 Gambar 2.5(h). Karakteristik Kecepatan dan Torsi...26 Gambar 2.6(a). Diagram Aliran Daya pada Motor Arus Searah...27 ix

Gambar 2.6(b). Perputaran Jangkar di dalam Motor Dua Kutub...28 Gambar 2.6(c1). Arus Pusar di dalam Jangkar yang padat...30 Gambar 2.6(c2). Arus Pusar di dalam Inti Jangkar yang dilaminasi...30 Gambar 2.7(a). Aliran Daya Generator DC...33 Gambar 2.7(b). Aliran Daya Motor...35 Gambar 2.8(a). Rangkaian Uji Swinburne...36 Gambar 2.8(b). Rangkaian Uji Medan...37 Gambar 2.8(c). Rangkaian Uji Perlambatan Arus Searah...39 Gambar 2.8(d). Kurva Uji Perlambatan Arus Searah...40 Gambar 3.1. Roda Pejal...47 Gambar 3.2. Rangkaian Kontrol...48 Gambar 3.3. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...49 Gambar 3.4. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...50 Gambar 3.5. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...51 Gambar 3.6. Rangkaian Percobaan Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...52 x

Gambar 3.7. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Jangkar...53 Gambar 3.8. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tahanan Medan Shunt...54 Gambar 3.9. Rangkaian Percobaan Tahanan Medan Seri...55 Gambar 3.10. Rangkaian Percobaan Pembebanan Motor DC Kompon Panjang dengan Metode Retardasi...56 Gambar 3.11. Grafik antara Efisiensi terhadap Perubahan Beban...71 xi

DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri tanpa Eksitasi...58 Tabel 4.2. Uji Retardasi dengan Roda Pejal tanpa Eksitasi...58 Tabel 4.3. Uji Retardasi dengan Rotor Sendiri Eksitasi Penuh...59 Tabel 4.4. Uji Retardasi dengan Roda Pejal Eksitasi Penuh...59 Tabel 4.5. Pengukuran Tahanan Jangkar Motor...59 Tabel 4.6. Pengukuran Tahanan Medan Shunt...60 Tabel 4.7. Pengukuran Tahanan Medan Seri...60 Tabel 4.8. Data Hasil Pengujian Pembebanan Motor DC Kompon Panjang pada Metode Perlambatan...60 Tabel 4.9. Data Hasil Pembebanan Generator DC saat dikopel dengan Motor DC Kompon Panjang Pada Metode Perlamban...61 Tabel 4.10. Data Rugi-Rugi dan Efisiensi Motor DC Kompon Panjang dengan Beban Bervariasi pada Metode Perlambatan...71 xii