Dasar Teori - MOTOR DC [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Motor listrik merupakan bagian terbesar dalam kehidupan manusia di abad modern ini dimana meliputi segala bidang mulai dari peralatan rumah tangga, perlatan industry, robot, pesawat ruang angkasa dan di dunia marine. Kemakmuran suatu masyarakat antara lain berkaitan dengan kemampuan bersaing, berprestasi dan menghsilkan barang dan jasa. Untuk berproduksi dan menghasilkan barang secara bersaing, terkait langsung dengan kemampuannya mengendalikan energy secara efektif dan efisien. Begitu juga dengan motor listrik sebagai konversi energy listrik menjadi energy mekanik. Masalah yang saling berkaitan yang umumnya terdapat pada semua mesin yang ditimbulakn ialah rugi – rugi dari mesin. Maka dilakukan berbagai penelitian tentang motor – motor DC diantaranya mengetahui besarnya rugi besi dan mekanis pada saat motor dijalankan dengan beban nol, menghitung efisiensi motor daya output dengan diberi tegangan yang bervariasi dan menghitung besarnya torsi motor, putaran motor, daya motor dan efisiensi motor pada beban tertentu dengan eksitasi. Menurut pengamatan motor DC banyak digunakan secara luas di dunia marine karena mempunyai karakteristik kopel kecepatan yang mudah diatu, yakni crane pada pelabuhan untuk memindahkan kontainer- kontainer yang diperlukan atau tidak (bongkar-muat), sistem propulsi hybrid shaft generator, baterai pada kapal selam, penggerak alat navigasi. I.2 Tujuan Praktikum Percobaan Motor DC Shunt Beban Nol  Mengetahui besarnya rugi besi dan mekanis pada saat motor dijalankan dengan beban nol  Menghitung besar efisiensi motor dari daya output saat beban penuh Percobaan Motor DC Shunt Berbeban  Menghitung besarnya torsi motor pada beban tertentu  Menentukan putaran motor dalam keadaan beban tertentu  Menghitung daya motor dalam keadaan beban tertentu  Menghitung efisiensi motor dan membuat kurva efisiensi fungsi beban I.3 Rumusan Permasalahan        



Bagaimana grafik dari torsi fungsi putaran, arus fungsi putaran? Bagaimana perhitungan daya motor serta kerugiannya? Apakah pengertian tahanan medan dan tahanan jangkar? Apakah perbedaan motor DC dan motor AC? Apakah pengertian arus eksitasi? Apakah aplikasi motor DC di dunia marine? Jelaskan dan Buatlah grafik loser beri mekanis fungsi putaran dan buat kesimpulan? Bagaimana grafik efisiensi fungsi beban?



BAB II DASAR TEORI II.1 Pengertian Motor DC Motor DC adalah salah satu jenis mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi kerja mekanis atau gerak. Sumber energi motor DC adalah listrik DC. Sumber listrik juga bisa berasal dari listrik AC, namun harus menggunaka komutator untuk merubah arus AC menjadi arus DC. II.2 Cara Kerja Motor DC Motor DC bekerja dengan prinsip gaya lorentz. Gaya lorentz ditimbulkan dengan step-step sebagai berikut : 1. Kumparan medan, yaitu bagian yang statis (stator) yang mengahasilkan medan magnet. 2. Kumparan jangkar, bagian yang diinduksi oleh ggl (tegangan/voltase) dari sumber listrik. 3. Ketika kumparan jangkar diinduksikan oleh arus, sesuai prinsip gaya lorentz yang ada pada tepi kumparan jangkar, akan menghasilkan torsi terhadap poros motor sehingga menghasilkan gerak mekanis.



Gambar II.1. Prinsip kerja gaya lorentz dalam motor DC. http://imageshack.us/a/img201/4285/capture68.jpg



 Momen Kopel



Sebuah kopel terjadi jika dua gaya dengan ukuran yang sama dan garis kerjanya sejajar tetapi arahnya berlawanan, yang keduanya cenderung menimbulkan perputaran. Sebagai contoh perhatikan gambar berikut ini:



Gambar 2.2.2 Momen Kopel Sumber Gambar: http://warnet4us.freeiz.com/teknik_pemesinan_1_img_23.jpg



Dua gaya tersebut mengakibatkan suatu putaran yang besarnya merupakan hasil kali gaya dengan jaraknya. Aplikasi dari kopel dapat dirasakan ketika membuat mur atau baut, dimana tangan kita memberikan gaya putar pada kedua tuas snei dan tap yang sama besar namun berlawanan arah. Pengaruh Koppel terhadap suatu benda mengakibatkan benda itu berotasi. Koppel termasuk vector. Momen Koppel bernilai positif jika putarannya searah dengan putaran jarum jam, sebaliknya bernilai negative jika arah putarannya berlawanan dengan putaran jarum jam. Koppel dinyatakan dengan persamaan: Dimana: M= Momen Kopel (Nm) F= Gaya (Newton) D= Jarak antara kedua gaya (meter) Reference: http://teknik-mesinn.blogspot.com/2013/01/momen-gaya-dan-kopel.html#ixzz2ijZ8fOw1 http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2120338-pengertian-momen-koppel/#ixzz2ijaXHNHY



II.3 Jenis-jenis Motor DC Berdasarkan sumber penguat arus magnetnya, motor DC dibagi menjadi dua macam, yaitu penguat terpisah dan penguat sendiri. 1. Motor DC penguat terpisah dapat diilustrasikan seperti gambar berikut : Ir Vr



Motor DC jenis penguat terpisah membutuhkan arus atau



Ia



sumber listrik terpisah untuk menimbulkan medan magnet



Ea Rr



Ra



pada kumparan jangkar. Hubungan seri memiliki keuntungan Vt



Gambar II.2. Motor DC penguat terpisah



torsi motor yang tinggi. 



Vr = Ir.Rr







Vt = Ea + Ia.Ra







Ea = C.n.ɸ



2. Motor DC penguat sendiri memiliki satu sumber tenaga yang menyuplai kedua kumparan jangkar dan medan. Hubungan pararel memiliki keuntungan pengaturan kecepatan yang bagus. Hubungan antara kumparan jangkar dan medan dibagi menjadi beberapa seperti berikut : a. Motor DC Shunt : motor DC yang menggunakan kumparan penguat yang disambungkan pararel ( shunt ) dengan lilitan jangkar. Ia Ia



Ish



Ia Ra



Ea



Rsh



Vt



Ra



Gambar II.3. Motor DC Shunt    



Ea



Vt



Gambar II.4. Motor DC Seri



Vr = Vt Vt = Ish.Rsh Vt = Ea + Ia.Ra Ea = C.n.ɸ



Ish = Ia Vs = Is.Rs Vt = Ea + Ia.Ra + Ia.Rs Ea = C.n.ɸ Rs



Rs



Ia Ra



Ea



Ish



Ra



Ea



Ish



Vt



Gambar II.5. Short compund    



Rsh



Ia



IL = Ish + Ia Vsh = Ish.Rsh = Ea + Ia.Ra Vt = Vsh + Vs Ea = C.n.ɸ



Vt



Gambar II.6. Motor DC long compound I L = Ia + Ish Vs = Is.Rs Vt = Ea + Ia.Ra + Ia.Rs Ea = C.n.ɸ



b. Motor DC kompon : Motor DC yang menggunakan lilitan penguat magnet yang disambungkan seri dan pararel. 1. Motor DC kompon Panjang adalah motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar II.6 diatas disebut motor kompon shunt panjang



2. Motor DC kompon Pendek adalah motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar II.5 diatas disebut motor kompon shunt pendek II.4 Komponen Motor DC 1. Bagian Stator : o Rangka generator atau Motor Fungsi utama adalah sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet, karena itu rangka motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Dan rangka motor juga berfungsi untuk melindungi stator dan rotor.



Gambar II.7. Rangka motor DC http://cyber180.wordpress.com/2011/08/03/motor-dc/ o Inti kutub magnet dan Lilitan Penguat Magnet Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus istrik agar terjadi proses elektro magnet sehingga terjadi suatu magnet buatan sedangkan inti kutub magnet merupakan tempat dihasilkannya fluks magnet.



Gambar II.8. kutub magnet http://cyber180.wordpress.com/2011/08/03/motor-dc/ o Sikat - Sikat dan Slip Ring Berfungsi untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar beban, aliran arus tersebut akan mengalir dari sumber dan diterima oleh kontaktor. Sedangkan fungsi slip ring adalah sebagai kontak hubungan dengan sikat-sikat, yang dipakai untuk melewatkan aliran arus atau tegangan arus bolak-balik.



Gambar II.9. sikat dan slip ring motor DC http://www.cvel.clemson.edu/auto/actuators/motors-dc-brushed.html 2. Bagian Rotor : o Komutator Komutator berfungsi sebagai alat penyearah arus, yaitu mengkonversi arus AC menjadi arus DC. Pada peralatan praktikum motor DC, komutator dilepas dan fungsinya digantikan dengan rectifier supaya praktikan paham alat perubah arus.



Gambar II.10. Komutator http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112210018raisatrianurrahman/2013/04/30/mesin-dc/ o Jangkar dan Lilitan Jangkar Jangkar yang digunakan dalam motor DC adalah yang berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya sebagai tempat melilitkan kumparan agar terbentuk ggl induksi. o Rectifier Adalah alat yang mengkonversi arus AC menjadi DC. Prinsip kerja rectifier adalah mem-blok salah satu impuls bolak-balik arus AC.



Gambar II.11. Prinsip kerja rectifier



II. 6 Rugi – Rugi pada Motor DC  Rugi listrik Rugi ini diakibatkan oleh pemakaian konduktor tembaga. Rugi mekanis dapat dihitung dengan rumusan : Rugi = I2.R ; R = tahanan konduktor (ohm) I = Arus listrik (Ampere)  Rugi besi Diakibatkan oleh pemakaian besi ferromagnetik. Terdiri dari rugi histeris dan rugi arus eddy. Rugi ini bersifat konstan, sehingga kita tidak dapat mengetahui berapa besarnya.  Rugi mekanik Rugi mekanis terdiri dari rugi geser pada sikat, rugi geser pada sumbu, dan rugi angin. Seperti pada rugi besi, rugi mekanis juga bersifat konstan sehingga besarnya rugi mekanis tidak dapat diketahui. Pada saat tidak berbeban (beban = 0) maka tidak ada faktor daya luar yang menghambat daya input. P input = P luar +  Losses = 0 + Losses Vt. Im = Rugi tembaga + Rugi ( besi + mekanis ) Dan Rugi terbagi atas rugi besi + rugi mekanis. Karena P input dan rugi tembaga dapat dihitung, maka besarnya rugi tetap dapat diketahui. Saat motor DC berbeban, karena P input dan rugi tembaga dapat dihitung dengan rugi besi dan mekanis yang sudah diketahui besarnya, maka effisiensi dan P luar, dan torsinya dapat dihitung dengan rumusan :







Pluar  100 % Pinput



Torsi 



Psh Ea.Ia  2n 2n



II.7 Perbedaan motor AC dan motor DC



No Perbedaan 1. Adanya komutator 2. Supply motor 3. Torsi yang dihasilkan 4.



Kecepatan motor



Tabel 1. Perbedaan motor AC dengan DC Motor AC Motor DC Tidak ada, melainkan Ada menggunakan slippring Sumber AC Sumber DC Umumnya rendah biasa digunakan untuk (motor, pompa, kompressor) Tidak mudah dikendalikan sehingga butuh inverter



Untuk pelayanan torsi tinggi (mesin bubut, Drills, dll) Mudah dikendalikan



5.



Gambar arus



II.8 Aplikasi Motor DC Aplikasi



Tabel 2. Aplikasi motor DC Gambar



Kereta Api Listrik http://www.railway-technical.com/drives.shtml



Mesin Bubut



http://nanafrmana.blogspot.com/2012/11/pengertian-dan-gambarmesin-bubut.html



Fan Blower



http://www.dimaggio.org/discovery_dome/go-dome.htm



Conveyor



http://www.toyotaequipment.com/conveyor-systems/