Kuis Motor Dc

22
KUIS MOTOR DC OLEH : Ereza Jelita Putri LT-2D 05 PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

description

tugas jdodi pr nek ngawe entok nilai A , nek gk gpp ada banyak tugas n jawaban semoga bermanfaat.

Transcript of Kuis Motor Dc

Page 1: Kuis Motor Dc

KUIS MOTOR DC

OLEH :

Ereza Jelita PutriLT-2D

05

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2014

Page 2: Kuis Motor Dc

SOAL

1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm dan mengambil

arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal.

a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.

b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL lawan (Ea) dan

daya yang timbul pada jangkar. Penurunan tegangan pada sikat-sikat sebesar 2 volt untuk

soal a dan b.

2. Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah pengaruh medan

magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika panjang penghantar

seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada armature.

3. Suatu Motor DC kompond panjang 40 KW, tegangan terminal 200 V, tahanan kumparan

shunt, seri,dan jangkar masing - masing adalah 93 Ohm, 0,04 Ohm, dan 0,6 Ohm. Hitung

tegangan induksi yang dibangkitkan pada jangkar?

4. Suatu generator DC kompond panjang 40 KW, 250 Volt tahanan kumparan shunt, seri dan

jangkar masing - masing adalah 95 Ohm, 0,02 Ohm dan 0,5 Ohm hitung daya yang

dibangkitkan pada jangkar?

5. Suatu motor DC kompond panjang 40 KW, tegangan terminal 200 Volt tahanan kumparan

shunt, seri dan jangkar masing -masing adalah 95 Ohm, 0,02 Ohm dan 0,5 Ohm hitung

daya yang dibangkitkan pada jangkar?

6. Suatu Motor DC seri 50 kW, 250 V,tahanan jangkar 0,1 Ohm dan tahanan medan seri 0,15

ohm, rugi tegangan total sikat 2 volt.Hitung EMF (ggl) lawan ?

7. Suatu motor DC kompon pendek dengan daya input 34,5 kW, tegangan terminal 230 V,

tahananakumparan medan shunt, medan seri dan jangkar masing2 sebesar 92 , 0,015

dan 0,03 ohm.

Hitung : a. Arus jangkar

b. EMF yang dibangkitkan

c. Daya output

Page 3: Kuis Motor Dc

8. Suatu motor Dc kompon panjang dengan daya input 300 kW, teg.terminal 600 V,

mempunyai tahanan medan shunt : 75 Ohm, tah.jangkar termasuk tah.sikat : 0,41 Ohm,

tahanan Medan seri : 0,012 ohm, dan resistansi yang diparalel dengan medan seri sebesar

0,036 ohm.

Hitung :

a. arus jangkar

b. EMF yang dibangkitkan

c. daya yang dibangkitkan

JAWABAN

1. a. V = Ea + Ia Ra

Ea = V – Ia Ra

Ea = (230 – 2) – (48 x 0,312) = 213 Volt

P = Ea Ia = 213 x 48 = 10224 Watt

b. Ea = V – Ia Ra

Ea = (230 – 2) – (48 x 0,417) = 208 Volt

P = V Ia = 208 x 48 = 9984 Watt

2. F = I L B

F = 10 x (400 x 0,15) x 0,8 = 480

3. Rs total = Rs + Ra

= 0,04 + 0,6

= 0,64 Ohm

Rp total = Rs total + Rsh/Rs total + Rsh

= 0,64 x 93/0,64 + 93

= 0,64 Ohm

P = V x I

I = P/I = 40000 /200 = 200A

Ish = 200/93 = 2,15 A

Ia = I - Ish = 200-2,15 = 197,84A

maka ,

Eb = Vt-Ia x Ra-Ia x Rs

Page 4: Kuis Motor Dc

= 200 - (197,84 x 0,6 ) - (197,84 x 0,04 )

= 73,384 V

4. I = PV

= 40000250

= 160

Ish = 25095

= 2,6

Ia = I – Ish = 157,4

Eb = V – Ia (Ra+Rs)

= 250 – 157,4(0,5+0,02)

= 168,2V

P = Eb x Ia

= 168,2 x 157,4

= 26.474.68W

5. I = PV

= 40000200

= 200 A

Ish = 20095

= 2,1

Ia = I – Ish = 200-2,1 = 197,9

Eb = V – Ia (Ra+Rs)

= 200 – 197,9(0,5+0,02)

= 97,1 V

P = Eb x Ia

= 97,1 x 197,9

= 19.216W

6. I = P out / Vt

I = 50000 / 250 = 200 A

Vt = Eb +IaRa + Irs + Vsi

Vt = Eb + 200.0,1 + 200.0,15 + 2

Page 5: Kuis Motor Dc

Vt = Eb + 20 + 30 + 2

Vt = Eb + 52

Eb = 250 – 52

Eb = 198 volt

7. I = P/Vt

I = 34500 / 230 = 150 A

Ish = Vt−IrsRsh

= 230−(150 x0,015)

92= 2, 475 A

a. Ia = I – Ish

Ia = 150 – 2,475

Ia = 147,525 A

b. Eb = Vt – IaRa – Irs – V si

Eb = 230 – ( 147,525 x 0,03 ) – ( 150 x 0,015 )– 0

Eb = 223, 32 Volt

c. P out = Eb x Ia

= 223,32 x 147,525

= 32,945 KW

8. I = PVt

= 300000600

= 500 A

Ish = VtRsh

= 60075

= 8 A

a. Ia = I – Ish

= 500 – 8

= 492 A

b. Eb = Vt – Ia (Ra+Rs)

= 600 – 492 (0,41+0,0009)

= 397,8 Volt

c. P = Eb x Ia

= 397,8 x 492

= 195.736 W

Page 6: Kuis Motor Dc

SOAL TEORI

1. Gambar rangkaian ekuivalen motor DC?

2. Bagaimana Cara mengubah arah putaran motor DC?

3. Mengapa kereta listrik di jepang (ex : kereta sinkansen) menggunakan motor DC sebagai

penggeraknya?

4. Sebutkan keuntungan & Kerugian Motor DC?

5. Jelaskan rugi-rugi daya pada motor DC?

6. Jelaskan prinsip operasi motor DC seri dan motor DC shunt!

7. Jelaskan pengertian mesin DC dan berikan alasannya secara singkat.

8. Sebutkan perbedaan generator DC dan motor DC dari fungsinya.

9. Dapatkah mesin DC difungsikan sebagai generator? Apa syarat agar berfungsi sebagai

generator DC? Jelaskan dengan gambar skematik.

10. Bila mesin DC difungsikan sebagai motor DC apa syarat yang harus dipenuhi? Jelaskan

dengan gambar skematik.

11. Peragakan dengan tangan anda, bagaimana prinsip pembangkitan ggl dalam semua

generator. Jelaskan singkat dan benar.

12. Peragakan juga dengan tangan Anda, prinsip terjadinya torsi putar pada motor

DC.Jelaskan singkat dan benar.

13. Apa fungsi komutator pada motor DC? Terangkan juga cara kerja sikat arang berikut

komutator pada mesin DC.

14. Gambarkan skematik pengawatan generator Shunt dan generator Kompound.

15. Jelaskan bagian kompounden-kompounden yang termasuk kelompok stator dan

kelompok rotor pada motor DC, berikut fungsi masing-masing.

16. Terangkan dengan gambar skematik prinsip dasar terjadinya reaksi jangkar pada genera-

tor DC.

17. Mengapa pemasangan kutub bantu dapat meminimumkan terjadinya reaksi jangkar?

Page 7: Kuis Motor Dc

18. Sebuah mesin DC terdiri atas belitan jangkar, belitan kutub bantu, dan belitan kutub

kompensasi terhubung seri. Anda gambarkan skematik pengawatan berikut berikan

notasi yang tepat pada masing-masing kompounden tersebut.

JAWABAN

1.

2. Untuk mengubah arah putaran dari motor DC dapat dilakukan dengan cara membalik

tegangan input (+) dan (-) dari motor DC tersebut.

3. Karena motor dc mempunyai rugi rugi daya yang kecil dan kecepatannya mudah

dikendalikan dibandingkan dengan motor AC

4. Keuntungan :

kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya.

Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

• Tegangan dinamo– meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.

• Arus medan– menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Kerugian :

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 rollingmills, sebab sering terjadi masalah dengan

perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut

Page 8: Kuis Motor Dc

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.

5. a. Rugi-Rugi Tembaga atau Listrik

Rugi tembaga terjadi karena adanya resistansi dalam belitan jangkar dan belitan

medan magnet. Rugi tembaga akan diubah menjadi panas dalam kawat jangkar

maupun kawat penguat magnet. Desain motor DC dilengkapi dengan kipas rotor

tujuannya untuk menghembuskan udara luar masuk ke dalam jangkar dan

mendinginkan panas yang terjadi akibat rugi-rugi tembaga. Rugi tembaga dari belitan

dibagi atas:

• Rugi tembaga terjadi pada jangkar →Ia2.Ra (Watt)

• Rugi tembaga medan terdiri dari:

Ish2.Rsh Watt →MotorShunt/ Motor Kompound

Is2.Rs Watt →Motor Seri/ Motor Kompound

b. Rugi-Rugi Besi atau Magnet

• Rugi Histerisis

Ph = Bmax X f · V (Watt)

= Steinmetz Hysterisis Coefficient

Bmax = Kerapatan fluks maksimum = γWbI

m2

f = Frekuensi dlm Hertz 6-30

V = Volume inti (m3)

nilai x = antara 1,6 s/d 2

Arus Pusar (Eddy Current)

Inti pada stator dan inti pada jangkar motor terdiri dari tumpukan pelat tipis dari

bahan ferromagnetis. Tujuan dari pemilihan plat tipis adalah untuk menekan rugi-

rugi arus Eddy yang terjadi pada motor DC.

Pe = Ke · Bmax2· f2· V · t2 watt

Ke = Konstanta arus pulsa

t = Ketebalan inti magnet (m)

c. Rugi Mekanis

Page 9: Kuis Motor Dc

Rugi mekanis yang terjadi pada motor disebabkan oleh adanya gesekan dan hambatan

angin, seperti pada bagian poros motor.

6.

Motor DC Seri

Pada motor yang mempunyai hubungan seri jumlah arus yang melewati

angker dinamo sama besar dengan yang melewati kumparan. Jika beban naik motor

berputar makin pelan. Jika kecepatan motor berkurang maka medan magnet yang

terpotong juga makin kecil, sehingga terjadi penurunan EMF. kembali dan

peningkatan arus catu daya pada kumparan dan angker dinamo selama ada beban.

Arus lebih ini mengakibatkan peningkatan torsi yang sangat besar.

EMF kembali mencapai maksimum jika kecepatan angker dinamo maksimum.

Arus yang disedot dari catu daya menurun saat motor makin cepat, karena EMF

kembali yang terjadi melawan arus catu daya. EMF kembali tidak bisa sama besar

dengan arus EMF. yang diberikan pada motor d.c., sehingga akan mengalir searah

dengan EMF yang diberikan.

Karena ada dua EMF. yang saling berlawanan EMF kembali menghapuskan

EMF. Yang diberikan, maka arus yang mengalir pada angker dinamo menjadi jauh

lebih kecil jika ada EMF kembali.

Karena EMF kembali melawan tegangan yang diberikan maka resistansi

angker dinamo akan tetap kecil sementara arus angker dinamo dibatasi pada nilai

yang aman.

Motor DC Shunt

Ketika jangkar motor DC berputar di bawah pengaruh torsi penggerak, konduktor

jangkar bergerak di dalam medan magnet dan akan menghasilkan tegangan induksi

di dalamnya seperti halnya pada generator. GGL induksi bekerja pada arah yang

berlawanan dengan tegangan terminal Vt (sesuai dengan bunyi Hukum Lenz) dan

dikenal sebagai GGL lawan atau GGL balik Ea.

GGL balik Ea biasanya kurang dari tegangan terminal V, meski pun perbedaan ini

kecil sekali pada saat motor berjalan di bawah kondisi normal.

Ketika tegangan DC sebesarVtdiberikanpada terminal motor, suatumedan magnet

dihasilkan dan konduktor jangka rdisuplai dengan arus searah. Dengan demikian,

torsi penggerakkan bekerja pada jangkar yang menyebabkan jangkar mulai berputar.

Page 10: Kuis Motor Dc

Karena jangkar berputar, GGL balik Ea diinduksikan berlawanan dengan tegangan

terminal.Tegangan terminal harus memaksa arus mengalir melalui jangkar melawan

GGL balik Ea. Kerja listrik yang dilakukan untuk mengatasi dan menyebabkan arus

mengalir melawan Ea dikonversikan kedalam energy mekanik yang dibangkitkan di

dalam jangkar.Dengan demikian, pengkonversian energi di dalam motor DC hanya

mungkin jika GGL balik dihasilkan.

7. Mesin DC adalah suatu mesin yang merubah atau mengonversikan tenaga mekanik

menjadi tenaga listrik arus searah maupun sebaliknya yaitu dari tenaga listrik arus

searah menjadi tenaga mekanik. Alasan mengapa disebut mesin DC adalah karena

mesin tersebut menggunakan/menghasilkan tenaga listrik arus searah / DC.

8.

Generator DC berfungsi untuk mengkonversi tenaga mekanik menjadi tenaga

listrik arus searah (DC)

Motor DC berfungsi untuk mengkonversi tenaga listrik arus searah (DC) menjadi

energi mekanik

9.

a. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya

generator DC bias difungsikan sebagai motor DC.

b. Sepasang magnet permanen utara-selatan menghasilkan garis medan

magnet Φ, kawat penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus

garis medan magnet Φ. J i k a k a w a t d i g e r a k k a n k e a r a h i b u j a r i ,

m a k a d a l a m k a w a t d i h a s i l k a n a r u s l i s t r i k I y a n g s e a r a h d e n g a n

k e e m p a t a r a h j a r i t a n g a n .

Page 11: Kuis Motor Dc

10.

Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk

membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai apa.

Generator DC alat yang mengubah energy mekanik menjadi energy listrik DC.

Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energy mekanik putaran.

Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya generator DC

bias difungsikan sebagai motor DC.

Page 12: Kuis Motor Dc

Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator

dibongkar terdapa tkutub-kutub magnet bentuknya menonjol .Mesin DC yang sudah

dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah dikenali. Bagian yang berputar

dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros disebut sebagai rotor atau jangkar.

Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang merupakan

kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan ujung

belitan rotor (Gambar 6.3).Komutator merupakan bagian yang sering dirawat dan

dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan sikat arang untuk memasukkan

arus dari jala-jala ke rotor.

Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush holder ) agar

kedudukan sikat arang stabil. Pergesekan menekan sikat arang sehingga hubungan sikat

arang dengan komutator tidak goyah. Sika tarang akan memendek karena usia

pemakaian dan secara periodic harus diganti dengan sikat arang baru. Salah satu

kelemahan dari mesin DC adalah kontak mekanis antara komutator dan sikat arang yang

harus terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan. Tetapi mesin DC juga memiliki

keunggulan khususnya untuk mendapatkan pengaturan kecepatan yang stabil dan

halus. Motor DC banyak dipakai di industri kertas, tekstil, kereta api diesel elektrik, dan

sebagainya.

11. Arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada sebuah

konduktor dalam medan magnet akan berubah dengan

bertukarnya arah dari magnetic flux dan arah gerakan

konduktor. Hal ini dapat ditunjukkan dengan kaidah tangan

Page 13: Kuis Motor Dc

kanan Fleming, apabila sebuah penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet,

maka gaya gerak listrik akan bergerak ke kiri”.

12.

Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri. Sepasang magnet permanen

utara–selatan menghasilkan garis medan magnet Φ, kawat penghantar di atas telapak

tangan kiri ditembus garis medan magnet Φ. Jika kawat di alirkan arus listrik DC sebesar

I searah keempat jari tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari.

13. Komutator atau cincin belah (splitring) berfungsi untuk membalik arah arus pada

setengah siklus negative dari arus bolak-balik. Kontak-kontak listrikpada rotating ring

disebut "sikat“.

Pada sketsa gambar

sebelah kiri, sisi coil a

terletak pada pole N dan

membawa arus positip

sebab hal ini terhubung ke

segment shaded

commutator yang bergantian disupplay dari sikat atas. Sisi a memancarkan kerapatan

fluk langsung dari kiri (N) ke kanan (S) dan akan menghasilkan gerakan kebawah.

Page 14: Kuis Motor Dc

Tenaga/gerakan ini akan tetap selama sisi coil berada pada pole N. Kebalikannya sisi b

mempunyai arus negatip tetapi juga terletak pada kerapatan fluk langsung dari kanan

kekiri. Sehingga akan menghasilkan gerakan ke atas. Dengan demikian torsi pada rotor

berlawanan jarum jam arahnya.

Ketika motor bergerak pada posisi gambar kanan, arus kedua sisi akan berbalik,

sebab sisi b sekarang menyuplai arus positip melalui unshadedcommutatorsegment.

Arah gaya pada masing-masing sisi koil terbalik, denagn kata lain arah toesi akan

berbalik. Pada periode yang singkat ketika coildiluar pengaruh fluk dan comutasi tak

terhubung, torsinya nol.

14.

a. Generator Shunt b. Generator Kompon

15. Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua :

a. Stator (bagian yang diam)

Page 15: Kuis Motor Dc

terdiri atas:

Badan Motor Listrik

Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk

mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu

badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini

berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian

motor lainnya.

Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan

spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untuk

mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut.

Selain papan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan

tempat ujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar.

Inti kutub magnet dan lilitan penguat magnet

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus

searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsip

elektromagnetis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus

listrik sebagai terjadinya proses elektromagnetis.

Sikat-sikat

Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari

lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang

peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutator-

komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan

sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

b. Rotor (bagian yang berputar)

Terdiri atas:

Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya

mempunyai dua bagian yaitu :

1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara

komutator dengan sikat-sikat.

Page 16: Kuis Motor Dc

2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan

komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.

Jangkar (angker)

Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalah

berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat

melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan.

Lilitan jangkar (angker)

Lilitan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempat

terbentuknya GGL lawan.

16.

Medan magnet untuk generator DC berasal dari kutub elektromagnet, berupa

belitan kawat yang diberikan listrik DC, diperoleh kutub utara (North)-selatan

(South). Medan magnet melewati rotor seperti ditunjukkan arah panah. Dengan

mengatur besarnya arus eksitasi yang melewati belitan magnet, makin besar kuat

medan magnet yang dihasilkan. Posisi garis netral tegak lurus dengan medan

magnet. Dalam belitan rotor sesuai prinsip induksi dibangkitkan tegangan listrik,

ketika generator diberikan beban mengalir arus listrik pada belitan rotor. Pada saat

Page 17: Kuis Motor Dc

itu dalam rotor juga dibangkitkan medan elektromagnet, menurut prinsip hokum

tangan kanan, arah medan magnetnya kearah panah. Besar kecilnya medan magnet

di rotor berbanding lurus dengan besar kecilnya arus beban. Saat arus beban

maksimum, medan magnet rotor maksimum, saat arus beban minimum maka

medan magnet rotor juga minimum. Interaksi antara medan magnet stator dengan

medan elektromagnet rotor mengakibatkan jalannya medan magnet bergeser

beberapa derajat.

17.Karena kutub bantu akan memperpendek jalannya garis medan magnet. Dengan

dipasang kutub bantu garis netral akan kembali keposisi semula, dan kedudukan sikat

arang tegak lurus segaris dengan kutub utamanya.

18.

Tabel 6.1 Notasipengenalbelitan Generator DC

A Belitan rotor / jangkar

B Belitan kutub magnet bantu

C Belitankutub magnet kompensasi

D Belitankutub seri

E Belitan kutubShunt

F Belitan kutub terpisah

Rangkaian generator DC dapat dikenali dari diagram pengawatannya dan notasi

pengenal kutub magnetnya. Pengawatan dengan belitan jangkar A1-A2, disambung

seri dengan magnet kutub bantu B1-B2 dan di seri juga dengan belitan magnet kutub

kompensasi.

Page 18: Kuis Motor Dc

Pengawatan berikutnya terdiri kutub bantu kompensasi C1-C2 dan C3-C4 di seri

dengan magnet bantu B1-B2 dan B3-B4 dan di tengah-tengah rangkaian terpasang

belitan motor keseluruhannya disebut rangkaian jangkar / rotor A1-A2.