Motor DC Seri [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM MESIN LISTRIK MESIN DC MOTOR DC SERI



Kelompok Nama Praktikan No. Absen/NIM Nama Anggota Kelompok



Kelas Tanggal Praktek Tanggal Pengumpulan Penguji/Pembimbing



:1 : Aji Wiyastoadi : 02/1215020064 : Ahmad Fahmi Arya Fauzan Andy Setya Utama Ari Nasanius Bimo Putra Mustafa Sebo Fathurrahman Santosa Firda Amalia : 5J : Senin, 16 Oktober 2017 : Senin, 23 Oktober 2017 : Ir. Benhur Nainggolan, MT



POLITEKNIK NEGERI JAKARTA TEKNIK KONVERSI ENERGI OKTOBER 2017



BAB I PENDAHULUAN



1.1.



Tujuan



Dalam percobaan ini, diharapkan praktikan dapat : 1. Mengoperasikan motor DC seri 2. Menjelaskan prinsip kerja motor DC seri 3. Menjelaskan pengamatan tentang karakteristik motor DC seri 4. Menentukan karakteristik dari mesin/motor DC seri



BAB II DASAR TEORI



2.1 Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama : -



Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. - Pasangan gaya menghasilkan medan putar/torque untuk memutar kumparan. - Motor – motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk menegerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan dalam tiga kelompok : a) Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque-nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. b) Beban dengan variable torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variasi torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan). c) Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan – peralatn mesin.



Gambar 1 Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik



2.2.



Jenis – jenis Motor Listrik



Motor listrik dapat dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasinya. Berikut adalah kalsifikasi jenis utama motor listrik.



Gambar 2 Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik a. Motor AC (Arus bolak – balik) Motor AC ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus bolak-balik (listrik AC) menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik berupa putaran daripada rotor. Pada motor AC, arus dilewatkan melalui kumparan, menghasilkan torsi pada kumparan. Sejak saat itu bolak, motor akan berjalan lancar hanya pada frekuensi gelombang sinus. Hal ini disebut motor sinkron. b. Motor DC (Arus Searah) Motor DC merupakan motor listrik yang dapat mengubah daya masukan listrik arus searah menjadi daya keluar mekanik. Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak lansung/direct-unindirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tenaga searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak – balik, sehingga sampai sekarang masi banyak digunakan dipabrik –pabrik yang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.



Gambar 3. Motor DC dan Komponen



2.3.



Tiga Komponen Utama Motor DC



a. Kutub Medan Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor Dc memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan ; kutub utara dan kutub selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. b. Dinamo Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dianamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan dinamo. c. Komutator Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Komutatir juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya. Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur : - Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan. - Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mils, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan, dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut : Kecepatan Motor DC Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh : ∅𝑍𝑁 𝑃 𝐸𝑏 = 𝑉 − 𝐼𝑎 𝑅𝑎 𝑎𝑡𝑎𝑢 ( ) = 𝑉 − 𝐼𝑎 𝑅𝑎 60 𝐴 𝑉− 𝐼𝑎 𝑅𝑎 60 𝐴 Maka diperoleh 𝑁= 𝑥 ( 𝑍𝑃 ) 𝑟𝑝𝑚 ∅ Karena 𝐸𝑏 = 𝑉 − 𝐼𝑎 𝑅𝑎 , maka 𝑁 = Atau 𝑁 = 𝐾



𝐸𝑏 ∅



𝑟𝑝𝑚



𝐸𝑏 ∅



60𝐴



𝑥 ( 𝑍𝑃 ) 𝑟𝑝𝑚



Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan GGL balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau



𝑁∾



𝐸𝑏 ∅



(1)



Gaya Elektromagnetik 𝐸 = 𝐾𝛷𝑁 (2) Torsi 𝑇 = 𝐾𝛷𝐼 𝑁𝑚 (3) Dengan : E = Gaya Elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (Volt) 𝚽 = Flux Medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = Kecepatan (rpm) T = Torsi elektromagnetik I = Arus dinamo K = Konstanta persamaan Sebuah motor DC terdiri dari gulungan kawat (coil) yang berputar pada medan magnet. Arus pada coil dialurkan melalui brush yang kontak langsung dengan split ring. Coil berada pada medan tetap, dan gaya yang dikeluarkan oleh arus pada kawat menghasilkan torsi pada coil. Gaya F pada kawat dengan panjang L membawa arus listrik i pada medan magnet B adalah iBL dikali dengan sinus sudat B dan i. Arus dari gaya F mengikuti prinsip tangan kanan seperti diperhatikan memiliki besaran yang sama namun dengan arah yang berbeda, sehingga gaya – gaya tersebut menghasilkan torsi. Motor DC dalam sebuah proses produksi banyak digunakan sebagai alat produksi. Dengan fungsinya sebagai salah satu alat produksi, maka motor DC sangat perlu diamati stabilitasnya. Salah satu langkah untuk mengamati stabilitas motor adalah mengamati keceptan motor. Untuk mengamati kecepatan motor, dapat digunakan metode telemetri, yaitu metode pengukuran kecepatan mototr jarak jauh. Dengan metode ini tidak perlu berdekatan dengan motor untuk mengetahui kecepatan motor. Dengan gelombang radio, dapat digunakan sebagai media untuk mentransmisikan kecepatan motor. Sehingga kecepatan motor dapat diketahui di tempat lain tanpa menggunakan kabel.



2.4.



Jenis – Jenis Motor DC (Arus Searah)



a. Motor DC sumber daya terpisah/Separately Excited Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited. Bila putaran tetap, maka perubahan gaya gerak listrik (GGL) E terhadap fluks Φ merupakan garis lurus, tetapi karena adanya sifat kejenuhan inti besi (jangkar) maka pada harga tertentu merupakan garus lengkung seperti gamber di bawah ini.



pengurangan penguatan Kurva magnetisasi Pertambahan penguatan



Φ Gambar 2.4. Kurva magnetisasi Pada inti besi juga terdapat sifat hyteresis, yang menyebabkan besar GGL E pada pertambahan penguatan (Φ) tidak sama dengan E pada pengurangan penguatan. Gaya gerak listrik yang timbul pada jangkar (yang di ukur pada sikat) adalah terbesar apabila sikat-sikat terletak pada daerah netral magnetis.Bila penghantar jangkar di aliri arus listrik, maka penghantar tersebut menimbulkan medan magnet. Medan magnet yang ditimbulkan oleh jangkar tersebut mempengaruhi distribusi fluksi yang ditimbulkan oleh rangkaian penguat (kutub). Pada mesin DC penguatan bebas, GGl timbul karena adanya penguatan dan besarnya ditentukan oleh besarnya penguatan yang diberikan Pada generator E=cnΦ Pada motor n = E/(c Φ) b. Motor DC sumber daya sendiri/Self Excited : Motor Shunt Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti perlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.



Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E. 1997) - Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat gambar 5) dan oleh karena itu cocok



-



untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).



c. Motor DC daya sendiri ; Motor seri Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 6. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut keterangan motor DC seri - Kecepatan dibatasi pada 5000 rpm. - Harus dihindarkan menjalankan motor dc seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa kendali. - Motor – motor seri cocok penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist. -



Motor DC Kompon/ Gabungan Motor kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 8. Sehingga motor kompon memiliki torsi penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni presentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani oeh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat angkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.



BAB III PROSEDUR PERCOBAAN



3.1. Alat dan Bahan a. b. c. d. e. f. g. h.



3.2.



Motor Generator 1set Amperemeter 3 buah Volmeter 3 buah Kabel penghubung secukupnya Tachometer 1 buah Rangkaian penyearah 1 buah Saklar 6 buah Lampu 100 Watt 6 buah



Langkah Praktikum



3.2.1. Rangkaian Kerja Buatlah rangkain seperti gambar di bawah ini A



V



Ia



A1



E1



Em



B2



Eg



A



V



E2



Gambar 3.2.1. Rangkaian Kerja Motor DC Seri



3.2.2. Langkah Kerja a. b. c. d. e.



Buatlah rangkaian seperti gambar di atas Atur arus penguatan motor sampai nominal maksimal Jalankan motor dan atur putaran motor sebesar 3000 rpm Nyalakan 1 lampu, baca arus, tegangan, dan kecepatan putaran pada motor Nyalakan 2-6 lampu, lalu baca arus dan tegangan, kecepatan putaran pada motor dengan masing-masing penambahan penyalaan lampu.



BAB IV ANALISA DATA



4.1. Data Praktikum Tabel 4.1.a. Data Hasil Praktikum Motor DC Seri



No



Beban



Ia (Ampere)



N (Rpm)



V (Volt)



Em (Volt)



Pma (Watt)



Tma (Nm)



1 2 3 4 5 6



S1 S1-2 S1-3 S1-4 S1-5 S1-6



2,4 2,7 2,9 3,1 3,3 3,45



3000 2850 2680 2520 2400 2300



162 162 165 165 165 165



121,92 116,1 115,7 112,3 108,9 106,35



292,608 313,47 335,53 348,13 359,37 366,9075



0,9319 1,0509 1,1962 1,3199 1,4306 1,5241



Catatan : Ra = 10 ohm ; Rs = 7 ohm



Beban S1



S1 – S2



S1 – S3



S1 – S4



S1 – S5



S1 – S6



Tabel 4.1.b Perhitungan Data Hasil Praktikum Motor DC Seri Em Pma Tma Pma . 60 290,88 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = 2𝜋 . 𝑁 = 2𝜋 . 3000 = 121,92 . 2,4 = 162 – 2,4 (10+7) = 0,9319 Nm = 121,92 V = 292,608 Watt Pma . 60 313.47 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = 2𝜋 . 𝑁 = 2𝜋 . 2850 = 162 – 2,7 (10+7) = 116,1 . 2,7 = 1,0509 Nm = 116,1 V = 313,47 Watt Pma . 60 335.53 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = 2𝜋 . 𝑁 = 2𝜋 . 2680 = 165 – 2,9 (10+7) = 115,7 . 2,9 = 1,1962 Nm = 115,7 V = 335.53 Watt Pma . 60 348.13 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = 2𝜋 . 𝑁 = 2𝜋 . 2520 = 165 – 3,1 (10+7) = 112,3 . 3,1 = 1,3199 Nm = 112,3 V = 348.13 Watt Pma . 60 359.37 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = 2𝜋 . 𝑁 = 2𝜋 . 2400 = 165 – 3,3 (10+7) = 108,9 . 3,3 = 1,4306 Nm = 108,9 V = 359.37 Watt Pma . 60 366.9075 . 60 Em = V-Ia ( Ra – Rs) Pma = Em . Ia Tma = = 2𝜋 . 𝑁 2𝜋 . 2300 = 165 – 3,45 (10+7) = 106,35 . 3,45 = 1,5241 Nm = 106,35 V = 366,9075 Watt



4.2. Grafik Hasil Data Praktikum



Tma (Nm)



Grafik Tma = f (Ia) Karakteristik Gearbox 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0



0.5



1



1.5



2



2.5



3



3.5



4



Ia (Ampere)



Gambar 4.2.a. Grafik Hubungan Torsi Terhadap Arus Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa hubungan antara Tma dan Ia adalah berbanding lurus. Dengan V konstan, penambahan beban secara otomatis akan membuat I bertambah juga, semakin besar arus akan membuat nilai torsi bertambah juga karena daya yang dihasilkan semakin besar. Analisa ini didapatkan dari persamaan Pm = Em x I, (I = Ise = Ia). I merupakan salah satu variable yang diamati, dengan menambah beban, perubahan Ia akan terlihat sehingga gaya mekanik dapat diketahui. Lalu persamaan berikutnya adalah Pma = Tma x ω, dapat dituliskan bahwa Tma = (Em x I)/ω. Sehingga terbukti bahwa Ia dan Tma adalah berbading lurus.



Grafik N = f (Ia) Karakteristik Kecepatan 3500 3000



N (rpm)



2500 2000 1500 1000 500 0 0



0.5



1



1.5



2



2.5



3



3.5



4



Ia (Ampere)



Gambar 4.2.b. Grafik Hubungan Kecepatan Putaran Motor Terhadap Arus Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa hubungan antara N dengan Tma adalah berbanding terbalik. Diketahui bahwa ω= 2πN/60, lalu kita kembalikan ke persamaan untuk mencari Tma, sehingga didapatkan Tma = (Em x I)/ (2πN/60) = (Pma x 60) / (2πN) . Dari formula tersebut diperoleh hasil analisa grafik. Penambahan beban memang membuat arus dan daya meningkat, tetapi putaran akan semakin turun seiring bertambahnya arus. Ini merupakan reaksi wajar karena supply beban berasal dari putaran motor, semakin banyak beban digunakan, arus memang bertambah, tetapi putaran motor akan berkurang karena putarannya digunakan.



N (rpm)



Grafik N = f (Tma) Karakteristik Mekanis 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0



500



1000



1500



2000



2500



3000



3500



Tma (Nm)



Gambar 4.2.c. Grafik Hubungan Kecepatan Putaran Motor Terhadap Arus Berdasarkan grafik diatas dapat diketahui bahwa hubungan antara N dengan Tma adalah



berbanding terbalik. Diketahui bahwa ω= 2πN/60, lalu kita kembalikan kepersamaan untuk mencari Tma, sehingga didapatkan Tma = (Em x I) /(2πN/60). Penambahan beban memang membuat daya meningkat, tetapi putaran akan semakin turun seiring bertambahnya daya. Ini merupakan reaksi wajar karena supply beban berasal dari putaran motor, semakin banyak beban digunakan, daya memang akan bertambah, tetapi putaran motor akan berkurang karena putarannya digunakan untuk menghasilkan beban. Hubungan antara putaran dengan daya output ini biasa disebut dengan effisiensi.



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN



5.1. Kesimpulan Dari praktikum dan data yang diperoleh, dapat disimpulkan : 1. Beban berbanding lurus dengan Tma dan Ia, semakin beban ditambah, arus akan semakin besar dan kenaikan nilai arus akan memperbesar nilai Tma. 2. Hubungan Ia dan Tma berbanding terbalik dengan N, semakin besar nilai pada Ia dan/atau Tma, maka nilai N akan semakin berkurang.



5.2. Saran 1. Dalam melakukan percobaan ini, diperlukan ketelitian dan konsentrasi dalam merangkai rangkaian alat dan pembacaan alat ukur, terutama tachometer. 2. Perlu diperhatikan SOP dalam pemakaian alat agar alat tidak mudah rusak. 3. Alat ukur perlu dikalibrasi supaya dapat presisi dalam mengukur 4. Sebelum praktik pastikan semua peralatan yang akan digunakan ada, dan jangan terlambat