1. TUJUAN 2. DASAR TEORI Prinsip Motor DC listrik dan...JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...

LABORATORIUM KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA

JOB SHEET 4 MOTOR DC PENGUAT TERPISAH 200 MENIT

1. TUJUAN

1. Mahasiswa dapat mengoperasikan motor DC jenis penguat terpisah

2. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja motor DC

3. Mahasiswa dapat menjelaskan pengamatan tentang karakteristik motor DC

2. DASAR TEORI

Prinsip Motor DC

Motor DC (Direct Current) bekerja dengan prinsip, ketika sejumlah arus

yang mengalir di dalam sebuah medan pengahantar diletakkan di dalam medan

magnet maka terjadi sebuah torsi dan mempunyai kecenderungan untuk

berputar (bergerak). Ini dikenal sebagai aksi mesin penggerak. Jika arah arus

listrik dalam penghantar dibalik maka arah putaran juga terbalik. Saat medan

magnet dan medan listrik berinteraksi, keduanya menghasilkan energi mekanik.

Atas dasar itulah motor DC bekerja. Arah dari putaran motor ditentukan oleh

kaidah tangan kiri Fleming.

Gambar 1. Kaidah Tangan Kiri Fleming





Gambar 1 menjelaskan bahwa arah arus ditunjukkan oleh jari tengah,

arah garis gaya medan magnet ditunjukkan oleh jari telunjuk dan arah putaran

motor ditunjukkan oleh jari jempol.

Secara struktur dan konstruksi, motor DC

ialah sama dengan generator DC tapi secara kelistrikannya berbeda.

Maka dari hal ini motor dan generator DC

lebih sering disebut sebagai mesin DC saja.

Yang membuat berbeda secara kelistrikannya maksudnya ialah jika kita ingin

menjadikan mesin DC tersebut menjadi motor maka sumber listrik

diberikan ke kumparan penguat medan magnet (eksitasi) dan kumparan jan

gkar. Untuk mesin DC yang menggunakan magnet permanen cukup memberikan

sumber listrik ke kumparan jangkar saja.

Jika kita ingin menjadikan mesin DC

ini menjadi generator maka sumber listrik diberikan ke kumparan penguat

medan magnet saja dan jangkar harus diputar. Dari kumparan jangkar inilah

keluar GGL. Untuk mesin DC magnet permanen maka cukup hanya jangkarnya

diputar maka GGL timbul pada kumparan jangkar

Gambar 2. Blok Diagram Kerja Motor DC





Dari gambar 2, motor DC disuplai tegangan E dan arus I menuju terminal

kelistrikan atau terminal input dan terminal mekanikal dihasilkan torsi T

dan kecepatan ω. Terminal input dan output merupakan variabel Motor DC yang

dihubungkan sebagai parameter K.

T = K . I & E = K . ω

Jadi dari gambar tersebut kita dapat mengerti bahwa motor DC

hanyalah fenomena yang. Berlawanan dari sebuah generator DC.

Kita dapat membuat operasi membangkitkan dan menggerakkan dari mesin yang

Sama.

Konstruksi Motor DC

Ada dua komponen utama motor DC yaitu stator dan rotor. Stator

merupakan bagian yang diam yang juga berfungsi sebagai rumah (bodi) motor

yang didalamnya juga terdiri dari kumparan penguat medan magnet dan terminal

motor. Merupakan bagian yang berputar yang menghasilkan putaran mekanik.

Selain dari komponen utama tersebut ada bagian pendukung yaitu kuk

(gandar/housing/yoke)motor,kutub,motor,kumparan penguat medan magnet, k

umparan jangkar, komutator dan sikat arang.

Gambar 3. Gambaran Konstruksi Motor DC





Kuk (gandar/yoke/housing)

Kerangka magnet atau yoke motor DC

dibuat dari besi atau baja dan bentuknya merupakan bagian integrasi dari

stator motor. Fungsi utamanya ialah melindungi dan menutupi bagian dalam

stator serta menyangga jangkar. Yoke juga berfungsi untuk

melindungi sistem kutub medan magnet dan penguat medan magnet.

Gambar 4. Bentuk Yoke Motor DC

Kutub Motor DC

Kutub ini dibuat menempel pada dinding yoke. Konstruksi dasar kutub ini

terdiri dari dua bagian yaitu, inti kutub dan sepatu kutub. Keduanya ditumpuk

bersama dengan menggunakan tekanan hidrolik

kemudian ditempelkan pada yoke. Pada sepatu kutub tersedia slot untuk

meletakkan kumparan penguat medan magnet.





Gambar 5. Gambaran Kutub Motor DC

Kumparan Penguat Medan Magnet

Kumparan penguat medan magnet dibuat dari kawat email tembaga

yang digulung pada slot sepatu kutub. Kumparan

ini bekerja dengan prinsip elektromagnetik, yang mana menghasilkan fluks

magnet saat dialiri arus listrik.

Gambar 6. Gambaran Kumparan Penguat Medan Magnet





Kumparan Jangkar

Kumparan jangkar motor DC diletakkan pada rotor. Kumparan jangkar ini

dibuat dengan laminasi baja silikon yang rendah histeresis untuk mengurangi

kehilangan magnetik seperti histeresis dan arus Eddy. Lembaran laminasi baja ini

ditumpuk membentuk struktur silinder dari inti jangkar.

Gambar 7. Gambaran Lembaran Laminasi Baja Untuk Kumparan Jangkar

Komutator Motor DC

Komutator dibuat dari kumpulan tumpukan segmen tembaga, di antara

segmen tersebut di solasi mika. Fungsi utamanya dari komutator ialah media

penghantar bergerak dari sikat arang menuju kumparan jangkar.

Gambar 8. Gambaran Bentuk Komutator





Sikat Arang Motor DC

Sikat arang dibuat dari karbon atau grafit,

materi ini dapat membuat kontak berputar pada komutator. Sikat arang

digunakan untuk penghantar dari terminal suplai menuju komutator lalu ke

kumparan jangkar.

Gambar 9. Gambar Bentuk Sikat Arang

Torsi Motor DC

Torsi dihasilkan berdasarkan energinya bersinggungan dengan arah putaran

jangkar dikalikan jarak.

T = F . cos α . w . r

T = B . I . L . w . r. cos α

T = k . ϕ . Ia

dimana α ialah sudut antara posisi awal jangkar dengan posisi sesudah

berputar.





Gambar 10. Gambaran Tentang Torsi Motor DC

Jenis-Jenis Motor DC

Motor DC banyak digunakan pada peralatan teknik. Contohnya untuk

starter mesin mobil atau sepeda motor, dari ukuran kecil hingga yang besar. Ini

dikarenakan torsi awal yang dihasilkan oleh motor DC lebih besar dibanding motor

AC sehingga dapat menggerakkan start awal mesin untuk melakukan

pembakaran. Motor DC dikategorikan menjadi tiga jenis utama,

yaitu penguat terpisah, penguat sendiri dan magnet permanen. Untuk

penguat sendiri dibagi lagi menjadi tiga macam, yaitu penguat seri, penguat

paralel (shunt) dan penguat kompon. Penguat kompon juga ada dua jenis, yaitu

kompon komulatif dan kompon diferensial. Kedua kompon ini sama-sama memiliki

dua jenis lagi, yaitu Kompon panjang dan kompon pendek.





Gambar 11. Kategori Jenis-Jenis Motor DC

Motor DC Penguat Terpisah

Sesuai dengan namanya, motor DC ini mempunyai penguat medan magnet

yang disuplai terpisah dengan suplai untuk kumparan jangkar. Dari persamaan

torsi motor DC kita tahu bahwa

T = K . ϕ .Ia.

Jadi di sini torsi bisa divariasikan dengan mengatur fluks ϕ penguat

med an magnet dan terbebas dari arus kumparan jangkar Ia.

Dengan terpisahnya suplai untuk penguat medan magnet,

maka motor jenis ini dapat diatur kecepatan putarnya. Pada kenyataannya

terdapat dua hal yang berpengaruh untuk motor ini yaitu tegangan dan fluks

medan magnet.

V = Ea + Ia . Ra

jika E = c n ϕ

maka Vt = c n ϕ + Ia . Ra

n = Vt – Ia . Ra : c ϕ

n : kecepatan

c : konstanta

Ra : tahanan jangkar

Vt : tegangan terminal motor

Ia : arus jangkar

ϕ : fluks magne





Fluks medan secara umum biasanya diusahakan dalam kondisi kons

tan tegangan sumber ditambah linier hingga kecepatan motor nominal.

Kemudian setelah kecepatan nominal untuk

menjaga agar tidak melebihi kecepatan nominal maka tegangan sumber

dibiarkan konstan dan

fluks kumparan penguat medan diperkecil dengan mengurangi arus medan

(If). Saat itu terjadi pelemahan magnet kumparan penguat medan.

Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah

Gambar 12. Gambar Rangkaian Ekuivalen Motor DC Penguat Terpisah

Persamaan Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah

Vf = Rf . If + Lf Volt Vt = k . ϕ . ω . m + La Ra . Ia Volt Ti = k . ϕ . Ia – j – T loss

Pada keadaan steady turunan fungsi waktu ialah nol dan jika If, Ia dan ωm konstan

maka diperoleh persamaan berikut:





Vf = Rf . If Volt Vt = k . ϕ . ω . m + Ra . Ia . Volt Ti = k . ϕ . Ia – T loss Nm

Tegangan GGL lawan yang dihasilkan pada kumparan jangkar saat bekerja

ialah:

ea = k . ϕ . ω . m Volt

Saat motor start, GGL lawan nilainya nol sehingga arus pada kumparan

jangkar cukup besar. Torsi pada motor ini ialah:

T = k . ϕ . Ia Nm

ωm = -

Cara yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC penguat

terpisah ialah mengacu pada persamaan Vf = Rf . If + Lf Volt. Pada saat steady,

kecepatan motor ini dapat diatur langsung

dengan mengatur nilai tegangan jangkar Vt ,

kemudian juga dengan mengatur nilai fluks ϕ penguat medan magnet dengan

cara menambah arus medan If.

Karakteristik Motor DC Penguat Terpisah

Saat tegangan sumber yang diberikan pada kumparan penguat med

an magnet diatur konstan

pada harga maksimum motor maka fluks motor ϕ yang dihasilkan menjadi

besar sehingga Vt konstan. Hubungan antara torsi dan kecepatan dapat

digambarkan dengan hubungan antara dua buah garis lurus dengan kemiringan

garis gradien negatif yang kecil dengan perpotongan yang terletak pada





sumbu kecepatan. Jika proses dari motor ini dihubungkan pada suatu sistem

mekanik (diberi beban mekanik pada motor) maka sistem akan bekerja pada poin

P1 maka sistem akan bekerja pada poin P1 dimana merupakan titik pertemuan

antara dua buah garis.

Jika motor tidak dihubungkan dengan beban mekanik

maka motor Akan bekerja pada poin P0. Untuk kumparan jangkar yang disuplai

oleh sumber yang terkendali tegangan DC maka kecepatannya dapat diatur mulai

dari nol sampai harga Vt pada nilai maksimum.

GAMBAR RANGKAIAN

TEM

AA

220v 220vu1

F2

F1 A2

A1

im

rpm





3. DAFTAR PERALATAN

No Nama Jumlah

1 Motor DC 1 Buah

2 Tachometer 1 Buah

3 Voltmeter 1 Buah

4 Amperemeter 1 Buah

5 Kabel Penguhubung Secukupnya

4. LANGKAH KERJA

Untuk karakteristik If = f(n)

1. Catat ‘name plate’ mesin DC

2. Rangkaikan sesuai dengan diagram rangkaian

3. Masukkan saklar untuk suplai arus medan, pengaturan dari 0,2A – 0,8A.

lakukan secara bertahap

4. Masukkan saklar untuk suplai tegangan dan atur untuk nilai 150 V tetap

5. Masukkan data yang diperoleh pada tabel yang telah dibuat

6. Matikan motor dengan jalan turunkan tegangan motor sampai nol

7. Matikan saklar untuk penguat medan

Untuk karakteristik Vm=f(n)

1. Masukkan saklar untuk penguat medan, atur sampai mencapai 0,8A konstan

2. Masukkan saklar untuk tegangan motor dari 20 V sampai 220 V. lakukan

secara bertahap

3. Catat data, masukkan dalam tabel





4. Matikan motor, dengan menurunkan tegangan terlebih dahulu

5. Matikan saklar untuk penguat medan

DATA HASIL PERCOBAAN

Tabel 1 Tabel 2

V = 150 Volt If = 0,8 A

If (A) n V (Volt) n

5. TUGAS

1. Mengapa pada saat menjalankan motor dc penguat terpisah ini langkah

pertama harus memberi penguatan medan lebih dahulu ?

2. Analisa hasil percobaan

3. Beri kesimpulan lengkap

1. TUJUAN 2. DASAR TEORI Prinsip Motor DC listrik dan...JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...

Documents

Transcript of 1. TUJUAN 2. DASAR TEORI Prinsip Motor DC listrik dan...JOB SHEET PRAKTIKUM LISTRIK DAN ELEKTRONIKA...