motor dc.docx

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Motor DC atau arus searah adalah mesin yang bekerja mengubah tenaga listrik menjadi

tenaga gerak. Prinsip kerja motor DC yaitu arus listrik yang masuk berupa arus AC menjadi keluaran

motor DC. Arus akan mengenai medan magnet dan menimbulkan gaya, akibatnya medan magnet

akan berputar. Motor DC tersusun dari 2 bagian saja, yaitu stator dan rotor. Stator merupakan bagian

yang diam yang terdiri dari rangka motor, sikat- sikat, dan slip ring. Rotor adalah bagian yang

bergerak dan terdiri dari komutator, jangkar, dan lilitan jangkar.

Keuntungan penggunaan motor DC adalah motor DC mempunyai karakteristik kopel

kecepatan yang menguntungkan dibandingkan motor lainnya, motor DC dapat diubah menjadi

generator DC dimana perbedaannya terletak pada arah arus dan kecepatanmudahdiatur. Aplikasi

motor DC di dunia marine adalahcrane pada pelabuhan untuk memindahkan kontainer- kontainer

yang diperlukan atau tidak (bongkar-muat),sistempropulsi hybrid shaft generator, baterai pada kapal

selam, penggerak alat navigasi.

I.2 Tujuan Praktikum

Tujuan praktikum Motor DC antara lain :

1. 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

2. 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

Buatlah grafikdari torsi fungsi putaran, arus fungsi putaran?

Buatlah perhitungan daya motor serta kerugiannya?

Jelaskan pengertian tahanan medan dan tahanan jangkar?

Jelaskan perbedaan motor DC dan motor AC?

Jelaskan pengertianarus eksitasi?

Apakah aplikasi motor DC di dunia marine?

Jelaskan dan Buatlah grafik loser berimekanis fungsi putaran dan buat kesimpulan?

Buatlah 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://ec.wikipedia.org/wiki/DC_motor

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 :

Vr

Ir

Rr Vt

IaMotor DC jenis penguat terpisah membutuhkan arus atau

sumber listrik terpisah untuk menimbulkan medan magnet

pada kumparan jangkar. Hubungan seri memiliki keuntungan

torsi motor yang tinggi.

Vr = Ir.Rr

Vt = Ea + Ia.Ra

Ea = C.n.ɸGambar II.2. Motor DC penguat terpisah

Ea

Ra

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.

Gambar II.3. Motor DC Shunt Gambar II.4. Motor DC Seri

Vr = Vt Ish = Ia

Vt = Ish.Rsh Vs = Is.Rs

Vt = Ea + Ia.Ra Vt = Ea + Ia.Ra + Ia.Rs

Ea = C.n.ɸ Ea = C.n.ɸ

Gambar II.5. Short compund Gambar II.6. Motor DC long compund

IL = Ish + Ia IL = Ia + Ish

Vsh = Ish.Rsh = Ea + Ia.Ra Vs = Is.Rs

Vt = Vsh + Vs Vt = Ea + Ia.Ra + Ia.Rs

Ea = C.n.ɸ 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 dibawah disebut motor kompon shunt panjang

Vt Vt

Ia

Ish

Rsh

Ia

Ra Ea

Ia

Ra Ea

Vt

Ia

Ra Ea Ish

Rs

Vt

Rs

Ia

Ra Ea Ish

Rsh

2. Motor DC kompon Pendeka dalah motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti

gambar dibawah disebut motor kompon shunt pendek

II.4 Komponen Motor DC

Motor DC tersusun dari dua bagian yaitu bagian diam (stator) dan bagian bergerak (rotor).

1. Bagian Stator :

o Rangka generator atau Motor

Fungsi utamaadalah sebagai tempat mengalirnyafluks 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

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-sikatdan 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-bolak arus AC.

Gambar II.11. Prinsip kerja rectifier

II.5 Kontrol Motor DC

a. Jalan Mula Motor DC (starting)

Dalam menjalankan motor, hal-hal yang harus diperhatikan antara lain:

- Momen atau kopel yang timbul pada saat awal harus maksimum. Hal ini karena dinginkan

putaran mesin yang bekerja, dapat mencapai putaran nominal secepat mungkin. Selain itu

dalam keadaan start motor sudah dibebani.

- Arus jangkar harus dibatasi.

Pada waktu jalan mula, putaran n = 0, sedangkan tahanan R jangkar adalah relatif sangat kecil,

sehingga pada waktu start arus jangkar Ia = V/R adalah sangat besar. Keadaan ini dapat

menimbulkan panas yang berlebihan pada mesin serta akan mengganggu stabilitas bekerjanya

mesin atau beban sekitarnya. Selain itu, keadaan ini juga dapat mengganggu stabilitas jaringan

suplai. Oleh karena itu, arus jangkar pada waktu start harus dibatasi.

b. Kontrol putaran

Untuk motor DC secara umum :

Vt = Ea + Ia.Ra dan Ea = C.n.ɸ

Maka :n=Vt−Ia . Ra

C .∅

Dapat diketahui dari persamaan diatas putaran kontrol dapat dikendalikan dengan memvariasikan

fluks, tegangan, dan hambatan

.

Gambar II.12. Resistance brake

II.6 Rugi-Rugi 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 :

Vt

Ia

Ra Ea Ish

RvarGambar disamping adalah contoh pengereman

yang bisa dilakukan dengan memvariasikan

hambatan pada sistem. Contohnya seperti

pengaturan kecepatan kipas angin.

η= PluarPinput

×100 %

Torsi= Psh2πn

= Ea. Ia2πn

II.7 Perbedaan motor AC dan motor DC

Tabel 1. Perbedaan motor AC dengan DC

No Perbedaan Motor AC Motor DC

1. Adanya

komutator

Tidak ada, melainkan menggunakan

slippring

Ada

2. Supply motor Sumber AC Sumber DC

3. Torsi yang

dihasilkan

Umumnya rendah biasa digunakan

untuk (motor, pompa, kompressor)

Untuk pelayanan torsi tinggi

(mesin bubut, Drills, dll)

4. Kecepatan

motor

Tidak mudah dikendalikan sehingga

butuh inverter

Mudah dikendalikan

5. Gambar arus

II.8 Aplikasi Motor DC

Tabel 2. Aplikasi motor DC

Aplikasi Gambar

Kereta Api

Listrik

http://www.railway-technical.com/drives.shtml

Mesin Bubut

http://nanafrmana.blogspot.com/2012/11/pengertian-dan-gambar-mesin-

bubut.html

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

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

http://www.railway-technical.com/drives.shtml

Fan Blower

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

Conveyor

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

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

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

BAB III

DATA PRAKTIKUM

III.1 Peralatan dan Fungsi

No. Nama Alat Gambar Fungsi1 Motor DC

ShuntUntuk mengubah energi listrik menjadi energy mekanik.

2 Regulator Mengatur tegangan beban dan berperan sebagai beban

3 Penyearah arus(rectifier)

Mengubah arus AC menjadi arus DC yang dapat dipakai untuk mengoperasikan motor DC shunt

4 Voltmeter Mengukur besar tegangan pada rangkaian

5 Multitester Mengukur besarnya hambatan/ tahanan pada rangkaian

6 Tangmeter Mengukur besar arus yang mengalir pada rangkaian

7. Kabel-kabel penghubung

Menghubugkan komponen listrik yang satu dengan yang lain

8. Tachometer Mengukur putaran motor DC shunt

9. Generator Berfungsi sebagai beban untuk praktikum kali ini, namun secara umum berfungsi mengubah energy mekanik menjadi listrik

III.2 Langkah Percobaan

1. Percobaan Motor DC Shunt Beban Nol

a. Besar tahanan motor DC shunt di ukur dan selanjutnya kumparan medan dan kumparan

jangkar ditentukan.

b. Alat-alat dirangkaikan seperti pada gambar 2 diatas.

c. Motor DC dicatu daya dari sumber DC (dari sumber AC yang telah melewati penyearah

arus) melalui voltage regulator.

d. Pada saat motor diberi tegangan yang bervariasi (50, 55, 60, 65, 70 volt) mengamati

besarnya arus yang mengalir dengan menggunakan multitester atau dengan amperemeter

bentuk tang dan juga besarnya putaran motor diamati dengan menggunakan tachometer.

2. Percobaan Motor DC Shunt Berbeban

a. Dari data yang ada eksitasi/pembebanan, tegangan terminal dan data yang dicari

melalui putaran dan arus listrik yang ada.

b. Motor DC dicatu daya dari sumber DC (dari sumber AC yang telah melewati

penyearah arus) melalui voltage regulator.

c. Pembebanan dilakukan dengan pemberian arus eksitasi pada dynamo dengan nilai

tertentu (0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 ampere ) yang dilakukan dengan menggunakan pengatur

tegangan (regulator B) dan dikuatkan penyearah arus / rectifier B.

d. Kemudian regulator A diatur sedemikian rupa sehingga tegangannya tetap sebesar 100

Volt.

e. Besarnya RPM dan arus dari motor diamati dan dicatat.

III.3 Gambar Rangkaian

Gambar III.1 Rangkaian Motor DC Tanpa Beban (Beban Nol)

Gambar III.2 Rangkaian Motor DC Shunt Berbeban

Keterangan Gambar :

M : Motor DC shunt

V : Voltmeter

A : Amperemeter/ tangmeter

G : Generator

III.4 Data Hasil Percobaan

Rsh = 100 , merupakan tahanan medan ( Rsh )

Ra = 10 , merupakan tahanan jangkar ( Ra )

1. a. Beban nol/naik

No.

Tegangan

Sumber (Volt)

Arus IL (Ampere

)RPM

1 50 5.8 15652 55 5.9 16003 60 6.2 17544 65 6.0 16525 70 6.8 1946

b. Beban Nol/turun

No.

Tegangan

Sumber (Volt)

Arus IL (Ampere

)RPM

1 70 6.8 19192 65 5.9 16373 60 5.6 14854 55 5.3 13445 50 5.0 1248

2. a. Beban Naik

No.Exitasi current (A)

Vt (volt)

IL RPM

1 0.2 80 8.5 18782 0.3 80 6.1 18653 0.4 80 8.3 18354 0.5 80 7.0 18175 0.6 80 10.0 1827

b. Beban Turun

No.

Exitasi

current (A)

Vt (volt

)IL RPM

1 0.6 80 7.8 19422 0.5 80 9.2 20123 0.4 80 9.6 20134 0.3 80 10.0 20545 0.2 80 9.54 2080

BAB IV

ANALISA DATA

IV.1 Perhitungan

Dari hasil pengukuran tahanan masing-masing kumparan kita dapat menentukan yang mana

merupakan tahanan jangkar dan yang mana merupakan tahanan medan. Pada motor-motor

listrik, tahanan jangkar selalu jauh lebih kecil daripada tahanan medan. Sehingga dari hasil

pengukuran tahanan dapat kita ketahui :

Rsh = 320 , merupakan tahanan medan ( Rf )

Ra = 1,1 , merupakan tahanan jangkar ( Ra )

IV.1.1 Beban nol naik

Semisal tegangan sumber = 50 volt dan arus input = 5,8 ampere

Arus medan (if) = tegangan/tahanan medan = 50/320 = 0,1563 ampere

Daya masuk (P in) = tegangan x arus masuk = 50 x 5,8 = 290 watt

Arus kumparan (ia) = arus masuk - arus medan = 5,8 - 0,1563 = 5,64 ampere

Rugi tembaga = (ia2Ra) + (if2Rf) = 42,85 watt

Rugi besi + mekanis = Pin - Rugi tembaga = 247,15 watt

Rugi total = rugi tembaga + rugi besi + rugi mekanis = 290 watt

Tegangan

Sumber (Volt)

Arus IL (Ampere

)RPM

If, Arus medan

(ampere)

Pin, Daya masuk (Watt)

Ia, Arus kumpara

n (ampere)

W, Rugi

tembaga

(Watt)

W (b+m),

Constant

losses , watt

W total / watt

Torsi (Nm)

50 5,8 1565 0,1563 290 5,64 42,85 247,15 290,00 1,72

55 5,9 1600 0,1719 324,5 5,73 45,55 278,95 324,50 1,88

60 6,2 1754 0,1875 372 6,01 51,02 320,98 372,00 1,96

65 6 1652 0,2031 390 5,80 50,17 339,83 390,00 2,18

70 6,8 1946 0,2188 476 6,58 62,96 413,04 476,00 2,26

IV.1.2 Beban nol turun

Semisal tegangan sumber = 50 volt dan arus input = 5 ampere



Arus kumparan (ia) = arus masuk - arus medan = 5 - 0,1563 = 4,84 ampere


Rugi besi + mekanis = Pin - Rugi tembaga = 216,38 watt

Rugi total = rugi tembaga + rugi besi + rugi mekanis = 250 watt

Tegangan

Sumber (Volt)

Arus IL (Ampere

)RPM

If, Arus medan

(ampere)


Ia, Arus kumpara

n (ampere)

W, Rugi

tembaga

(Watt)

W (b+m),

Constant

losses , watt

W total / watt Torsi

(Nm)

70 6,8 1919 0,2188 476 6,58 62,96 413,04 476,00 2,29

65 5,9 1637 0,2031 383,5 5,70 48,90 334,60 383,50 2,16

60 5,6 1485 0,1875 336 5,41 43,47 292,53 336,00 2,09

55 5,3 1344 0,1719 291,5 5,13 38,38 253,12 291,50 2,00

50 5 1248 0,1563 250 4,84 33,62 216,38 250,00 1,85

IV.1.3 Berbeban naik






P output = Pin - Rugi tembaga = 585,13 watt

Efisiensi = P out / P in = 86,05 %

Torsi = (tegangan x arus kumparan) / (RPM x 2π / 60) = 3,35 Nm

Tegangan Sumber

(Volt)

Arus IL (Ampere)

RPMIf, Arus medan

(ampere)


Ia, Arus kumpara

n (ampere)

W, Rugi tembaga (Watt)

P output , watt

EFF %Torsi (Nm)

80 8,5 1878 0,2500 680 8,25 94,87 585,13 86,05% 3,35

80 6,1 1865 0,2500 488 5,85 57,64 430,36 88,19% 2,40

80 8,3 1835 0,2500 664 8,05 91,28 572,72 86,25% 3,35

80 7 1817 0,2500 560 6,75 70,12 489,88 87,48% 2,84

80 10 1827 0,2500 800 9,75 124,57 675,43 84,43% 4,08

W (b+m),

Constant

losses , watt

74,87

37,64

71,28

50,12

104,57

IV.1.4 Berbeban turun






P output = Pin - Rugi tembaga = 541,3 watt

Efisiensi = P out / P in = 86,75 %

Torsi = (tegangan x arus kumparan) / (RPM x 2π / 60) = 2 ,97 Nm

Tegangan

Sumber (Volt)

Arus IL (Ampere

)RPM

If, Arus medan

(ampere)


Ia, Arus kumpara

n (ampere)

W, Rugi

tembaga

(Watt)

P output , watt

EFF %Torsi (Nm)

80 7,8 1942 0,2500 624 7,55 82,70 541,30 86,75% 2,97

80 9,2 2012 0,2500 736 8,95 108,11 627,89 85,31% 3,40

80 9,6 2013 0,2500 768 9,35 116,16 651,84 84,87% 3,55

80 10 2054 0,2500 800 9,75 124,57 675,43 84,43% 3,62

80 9,54 2080 0,2500 763,2 9,29 114,93 648,27 84,94% 3,41

W (b+m),

Constant

losses , watt

62,70

88,11

96,16

104,57

94,93

IV.2 Grafik

1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.501100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

Torsi vs RPM

percobaan 1

percobaan 2

percobaan 3

percobaan 4

Torsi ,Nm

RPM

Keterangan = semakin besar tegangan masuk, maka semakin besar pula arus masuk. Semakin

besar pula daya (P=VI) yang dihasilkan. Daya sebanding dengan torsi x putaran. Karena itu putaran

yang dihasilkan semakin besar juga

5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 101100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

Arus vs RPM

percobaan 1

percobaan 2

percobaan 3

percobaan 4

Arus total, Ampere

RPM


besar pula daya (P=VI) yang dihasilkan. Daya sebanding dengan torsi x putaran. Karena itu putaran

yang dihasilkan semakin besar juga

200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.0011001200130014001500160017001800190020002100

Rugi Besi + Mekanis vs RPM

percobaan 1percobaan 2

Rugi besi + mekanis,Watt

RPM


besar pula daya (P=VI) yang dihasilkan. Pada beban nol, daya yang dikelurkan sebagai kerja akan

terbuang percuma menjadi rugi-rugi. Daya sebanding dengan torsi x putaran. Karena itu putaran yang

dihasilkan semakin besar juga

30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.001800

1850

1900

1950

2000

2050

2100

Rugi Besi + Mekanis vs RPM


Rugi besi + mekanis,Watt

RPM

84% 85% 86% 87% 88% 89%2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

Efisiensi vs Beban (torsi)


Efisiensi

tors

i , N

m

Keterangan = semakin besar beban, maka akan semakin kecil efisiensinya.

motor dc.docx

Documents

Transcript of motor dc.docx