PENGENDALIAN MESIN LISTRIK

(motor DC)(week 2)Presented for Polytechnic by : Ir. Ali Nurdin,MT

Department of Electrical EngineeringPolytechnic Sriwijaya Palembang

1Tegangan Motor DC Tegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk : mengatasi ggl balik Eb menimbulkan jatuh tegangan jangkar IaRa V = Eb + IaRa(1)Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.

Dengan mengalikan persaman (1) di atas dengan Ia, diperoleh :dimana : VIa = daya yang masuk ke jangkar EbIa = ekivalen elektrik dari daya mekanik yang dibangkitkan dalam jangkar Ia2Ra = rugi-rugi Cu dalam jangkar 2Kondisi Untuk Daya MaksimumGross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor adalahPm = V Ia - Ia2RaPendifferensialan kedua sisi persamaan terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol, memperoleh :

dPm/dIa = V 2 IaRa = 0 IaRa = V/2Juga V = Eb + IaRa dan Ia Ra = V/2Maka Eb = V/23Kondisi Untuk Daya MaksimumDari persamaan matematis di atas terlihat bahwa daya mekanik yang dibangkitkan oleh motor adalah maksimum jika ggl balik (back emf) adalah sama dengan setengah dari tegangan terpakai (V). Dalam kenyataannya, kondisi ini sulit dicapai karena arus jangkar harus melebihi arus beban normal. Lebih dari itu setengah dari tegangan terpakai (V/2) harus hilang dalam bentuk panas (mungkin juga dalam bentuk rugi-rugi mekanik dan magnetik), efisiensi motor akan turun di bawah 50%.

IaRa= V/2 Eb = V/2 4Daya yang masuk ke jangkar sebagian hilang dalam rugi-rugi I2Rdan sisanya diubah ke dalam daya mekanik dalam jangkar. Perlu diingat bahwa efisiensi motor diberikan oleh rasio dari daya yang dibangkitkan oleh jangkar terhadap input, yaitu EbIa/VIa = Eb/V. Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb dibandingkan dengan nilai V, semakin tinggi efisiensi motor.

5Torsi Jangkar MotorBila Ta (N-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar N rps, maka daya yang dibangkitkan adalahPa = Ta x 2 N watt Pa = EbIaDari kedua persamaan di atas, diperoleh Ta x 2 N = EbIa

Karena Eb = ZN x (P/A) volt, ZN x (P/A) . Iamaka diperolehTa x 2 N =

atau N-matauTa = 0,159N-m 6Torsi Poros MotorTidak seluruh torsi jangkar yang dianalisa di atas dapat melakukan kerja yang berguna, karena karena sebagian dari torsi tersebut digunakan untuk mensupply rugi-rugi inti dan gesekan dalam motor. Torsi yang melakukan kerja yang berguna pada motor dikenal sebagai torsi poros (shaft torque.Tsh).7Daya output motor diberikan oleh persamaan berikut

dimana Tsh dalam N-m dan N dalam rps.Maka N-m; N dalam rps

N-m; N dalam rpm

N-mSelisih (Ta - Tsh) dikenal sebagai torsi yang hilang (lost torque) dan sehubungan dengan rugi-rugi inti dan gesekan pada motor. 8 Kecepatan Motor DC

Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh

maka diperoleh

rpmKarena V - IaRa = Eb, maka

rpmatau

rpm

Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau Kecepatan Motor DC9

Untuk motor DC seri

Bila N1 = kecepatan Ia1 = arus jangkar dalam kasus pertama 1 = fluksi per kutub

dan N2 = kecepatan Ia2 = arus jangkar dalam kasus kedua 2 = fluksi per kutub Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperoleh

sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

10Untuk motor shuntDalam kasus yang sama seperti motor seri di atas, penggunaan persamaan juga sama, yaitu

JikaDari persamaan di atas, terlihat bahwa semakin cepat putaran motor,Semakin besar ggl yang terinduksi.11Regulasi Kecepatan Regulasi kecepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan ketika beban pada motor direduksi dari nilai tertentu (rating) ke nol, dinyatakan dalam persen kecepatan berbeban.

Telah dibuktikan dari analisa matematis di atas bahwa torsi motor merupakan fungsi fluksi dan arus jangkar, tapi tidak bergantung pada kecepatan. Dalam kenyataan, putaran bergantung pada torsi tapi tidak sebaliknya. Torsi dan Kecepatan Motor DC

12Motor jenis arus penguatan bebas

Vt = Eb + IaRa + si I = Ia

Jika arus medan disuplai dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.13Keterangan :

Vt= tegangan terminal (Volt)Eb= EMF (GGL) lawan (Volt)I= Arus jala-jala (Ampere)Ia= Arus jangkar (Ampere)If= Arus medan (Ampere)Vf= tegangan penguat (Volt)Rf= resistans medan ()Ra= resistans jangkar ()R= resistans pengatur arus ()si= rugi tegangan pada sikat (volt)

14Motor jenis arus penguatan sendiriMotor ShuntPada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Karakteristik Motor DC Shunt15Motor jenis arus penguatan sendiriMotor ShuntBerikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar ) 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).16Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Shunt

Vt = Eb + IaRa + si

17Keterangan :Vt= tegangan terminal (Volt)Eb= EMF (GGL) lawan (Volt)I= Arus jala-jala (Ampere)Ia= Arus jangkar (Ampere)Ish= Arus medan shunt (Ampere)Pi= daya input Vt x I (watt)si= rugi tegangan pada sikat (volt)

18Motor jenis arus penguatan sendiriMotor SeriDalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997;L.M. Photonics Ltd, 2002):

Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist Karakteristik Motor Seri DC19Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Seri

Vt = Eb + IaRa + IRs + si

20Keterangan :

Vt= tegangan terminal (Volt)Eb= EMF (GGL) lawan (Volt)I= Arus jala-jala (Ampere)Ia= Arus jangkar (Ampere)Ra= resistans jangkar ()Rs= resistans seri ()si= rugi tegangan pada sikat (volt)

21Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Kompon 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 . Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).22Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Kompon

Karakteristik Motor Kompon23Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Kompon

Vt = Eb + IaRa + IRs + si Ia = I Ish

24Motor jenis arus penguatan sendiriMotor Kompon Keterangan :Vt= tegangan terminal (Volt)Eb= EMF (GGL) lawan (Volt)I= Arus jala-jala (Ampere)Ia= Arus jangkar (Ampere)Ish= Arus medan shunt (Ampere)Ra= resistans jangkar ()Rs= resistans seri ()Rsh= resistans shunt ()si= rugi tegangan pada sikat (volt)Daya Imput (Pi) = Vt x I (watt)

25Pertanyaan:Suatu jangkar motor arus searah berpenguatan bebas berisi 192 penghantar 70% dari penghantarnya langsung dibawah permukaan kutub pada setiap saat, jika kerapatan fluks di bawah kutub sebesar 52000 garis gaya per-inc2 dan diameter jangkar serta panjangnya 12 in dan 4,5 in.hitung:a) arus pada setiap penghantar jangkar untuk torsi 120 lb-ftb) arus jangkar apa bila garis edar paralelnya 2c) EMF lawan jika tegangan terminal 220 Volt, resistans jangkar 0,05 ohm dan rugi sikat 2 VoltMotor shunt 220 volt mempunyai resistan jangkar 0,5 ohm. Jika pada waktu beban penuh arus jangkar sebesar 20 Amper, hitung EMF jangkar.Suatu motor arus searah seri 50 kW, 250 Volt, resistan kumparan jangkar 0,1 ohm dan resistan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total pada sikat 2 volt. Hitung EMF lawan jika bekerja dengan arus jangkar penuh.Suatu motor arus searah kompon dengan daya input 34,5 Kw, tegangan terminal 230 volt, resistans kumparan medan shunt, medan seri dan jangkar masing-masing 92 ohm, 0,015 ohm dan 0,03 ohmhitung:Arus jangkarEMF (GGL) lawan yang dibangkitkan jangkarDaya output yang dibangkitkan jangkar26