Microsoft Word - Cover.doc

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC PENGUATAN SHUNT DENGAN INTEGRAL SIKLUS KONTROL( APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI ENERGI LISTRIK FT USU ) .Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menjadi Sarjana

Pada tera Utara.PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN2008AbstrakABSTRAK`Motor merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis.

Pengoperasian motor arus searah sangat mudah pelaksanaannya sehingga masih banyak industri yang menggunakannya walaupun sangat sulit dalam pemeliharaannya. Pengaturan kecepatan motor sangat diperlukan untuk berbagai aplikasi. Untuk kelancaran proses di industri, biasanya motor diatur dengan menggu mponen yang yang b ah terdiri dari tiga me dan mengatur tahanan kukan dengan metode ngan chopper untuk p ol merupakan pengat thyristor dua arah yan

U itian tentang pengat ntegral siklus kontrol strik, Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara.iii

KATA PENGANTARPuji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan penulis terima sehingga Tugas Akhir ini selesai,guna melengkapi dan memenuhi syarat untuk mencapai jenjang pendidikan Sarjana Teknik Program Pendidikan Sarjana Ekstension Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Adapun Judul Tugas Akhir :

ATAN OL( NERGIpa adanya ban nulis, oleh kare ima kasih kepkhir dan n motivasilektro FT- USU.3. Bapak Rahmat Fauzi ST. MT , selaku Sekretaris Departemen TeknikElektro FT-USU.4. Seluruh staf pengajar di jurusan Teknik Elektro FT-USU yang telah banyak memberikan Ilmu kepada penulis selama di bangku perkuliahan.i5. Seluruh staf pengawai yang tidak dapat disebutkan satu persatu di jurusan Teknik Elektro FT-USU yang telah banyak membantu dalam administrasi selama penulis di bangku perkuliahan.6. Ayahanda dan Ibunda tercinta, istri dan anakku tersayang dan serta seluruh sanak keluarga yang telah memberikan saran dan motivasi selama penulis mengikuti pendidikan di perguruan tinggi.7. Asisten asisten Laboratorium Konversi Energi Elektrik seperti Fandi, ulis dalamak dapat is dalamnfaat bagipenet 2008DAFTAR ISIKATA PENGANTAR... i ABSTRAK.. iii DAFTAR ISI iv BAB I PENDAHULUANI.1. Latar Belakang Penulisan 1I.2. 2I.3. 2I.4. 2I.5. . 3BAII.1. .. 4II.2. . 5II.3. 10 14 171822II.4. Jenis jenis Motor Arus Searah.II.4.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas.. 25II.4.2. Motor Arus Searah Penguatan Shunt.. 24II.4.3. Motor Arus Searah Penguatan Seri........ 27II.4.2. Motor Arus Searah Penguatan Kompon 28BAB III JENIS JENIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DCIII.1. Umum.29

III.2. Pengaturan Medan .29

III.3. Pengaturan Tegangan ....31

III.3.1. Kontrol Phasa. 33

III.3.2. Integral Siklus Kontrol....36

III.3.3. Kontrol Chopper.....40

III.4 .47

BA SHUNTIV. gral Siklus49IV. 49IV. . 51IV. 51IV. 52IV. 53IV.7. Analisa Data Pengujian 54BAB V KESIMPULAN.. 60DAFTAR PUSTAKABAB IPENDAHULUANI.1. UmumMotor merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Motor arus searah terdiri dari penguatan bebas dan penguatan sendiri.. Pengontrolan kecepatan dengan mengunakan rangkaian elektronika banyak sekali digunakan karena tidak membutuhkan alat yang banyak dan tempat sehingga biay alu besar. Dala rbagi tiga yai1.2.3.In motor arus sear yang lalu dispengaturan kec trol.I.2. Tujuan Penulisan.Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui hubungan tegangan dari integral siklus kontrol dengan kecepatan. Penelitian ini nantinya agar dapat digunakan untuk bahan pengembangan praktikum mesin-mesin listrik.I.3. Batasan MasalahMengingat luas dan kompleksnya pembahasan yang akan dilakukan maka untuk mengarahkan pembahasan perlu dilakukan pembatasan sebagai berikut :1. Hubungan tegangan dengan kecepatan.2. Motor dianggap dalam keadaan mantap.3. Rugi-rugi yang diakibatkan oleh gesekan dan angin diabaikan sehingga perlambatan yang terjadi dianggap hanya dari pengereman.I.4.Met berikut :1. S buku teks2. S memegang3. S oleh pada alatan di4. Diskusi dengan Dosen dan rekan-rekan mahasiswa.I.5. Sistematika Penulisan.Untuk mengetahui gambaran mengenai tulisan ini, secara singkat dapat diuraikan sebagai berikut :Bab I Pendahuluan.Bab ini menguraikan tentang latar belakang penulisan, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan, serta sistematika penulisan.Bab II Motor Arus SearahBab ini menjelaskan tentang motor arus searah secara teoritis, jenis-jenis motor arus searah.Bab III Jenis-jenis Pengontrolan Motor Arus Searah.B kecepatan mo an kontrol choBab gralB an dengan pen s kontrol, rang ujian danpenH dalam penulisan tugas akhir ini.BAB IIII.1. Umum(7,8).

MOTOR ARUS SEARAHMotor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran dari motor.Ditinjau dari segi sumber arus penguat magnetnya, motor arus searah dapedan rotornet berasal4. Motor arus searah kompon pendekMotor arus searah kompon pendek kumulatif. Motor arus searah kompon pendek diferensial.II.2. Kontruksi Motor Arus Searah(7,8).Secara umum motor arus searah memiliki konstruksi yang sama, terbagi atas dua bagian yaitu bagian yang diam disebut stator dan bagian yang bergerak/berputar disebut rotor. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar2.1.Ket1.esin listriklainnya secara umum memiliki dua fungsi, yaitu :1. Merupakan sarana pendukung mekanik untuk mesin secara keseluruhan.2. Untuk membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub mesin. Untuk mesin kecil, dipertimbangan harga lebih dominan daripada beratnya,biasanya rangkanya terbuat dari besi tuang ( cast iron ), tetapi untuk mesin-mesin besar umumnya terbuat dari baja tuang ( cast steel ) atau lembaran baja ( rolled steel ). Rangka ini pada bagian dalam dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti,selain itu rangka ini juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi disamping kuat secara mekanik .Biasanya pada motor terdapat papan nama ( name plate ) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari mesin, juga terdapat kotak ujung yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung belitan penguat medan dan lilitan jangkar.2. KutubMedan penguat atau magnet medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub( GaAd1. dang lebar2. Sebagai pendukung secara mekanik untuk kumparan penguat atau kumparan medan.Inti kutub terbuat lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut atau dikeling ( rivet ) ke rangka mesin. Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan dengan prinsip elektromagnetik.Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga ( berbentuk bulat atau strip/persegi ) yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran tertentu. Kumparan penguat medan berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk terjadinya proses elektromagnetik.3. Inti jangkar.Inti jangkar yang umum digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kum ng terbuat dari n ( lilitan jang gl induksi dap dibuat dari bah uk karenaadaGambar 2.3. Inti jangkar yang terlapis-lapis.Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Pada umumnya alur tidak hanya diisi satu kumparan yang tersusun secara berlapis.4. Kumparan jangkarKumparan jangkar pada motor arus searah berfungsi tempat terbentuknya ggl induksi.kumparan jangkar terdiri dari :1. Kumparan gelung2.Gambar 2.4b. Kumparan Gelombang5. Kumparan medanFungsi kumparan medan ini adalah untuk membangkitkan fluksi yang akan dipotong oleh konduktor jangkar.6. KomutatorFungsi komutator untuk fasilitas penghubung arus dari konduktor jangkar , sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan sikat membuat sesuatu kerj lebih baik, ma Dalam hal ini k separoh cinc mutator )ter7. Sikat-sikatSikat-sikat ini ( Gambar 2.6 ) berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus ke kumparan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan.terjadinya kom nggi untuk men dan sikat tid k daripada komII.3.agnet di sek pada suatu medan magnet, maka konduktor akan mengalami gaya mekanik, sepertidiperlihatkan pada Gambar 2.7.

(a) (b) (c)Gambar 2.7 Pengaruh penempatan konduktor berarus dalam medan magnetPada Gambar 2.7.a menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus listrik menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor dapat diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan kanan.Kuat medan tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada konduktor. Sedangkan Gambar 2.7.b menunjukkan sebuah medan magnet yang diakibatkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan. Arah medan magnet adalah dari kutub utampatkan di dala perti yang ditu dan yang diti ang sama den konduktor ara emperkuat me kan medan atauapatannya bert or, untuk mengurangi kerapatannya. Hal ini menyebabkan konduktor mengalami gaya berupa dorongan ke arah bawah. Begitu juga halnya bila arah arus dalam konduktor dibalik. Kerapatan fluksi yang berada di bawah konduktor akan bertambah sedangkan kerapatan fluksi di atas konduktor berkurang. Sehingga konduktor akan mendapatkan gaya tolak ke arah atas.Konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan.Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambarberikut ini:tegangan, men p sehingga men ub selatan. Sela gan, pada kumparan jangkar mengalir arus jangkar Ia. Arus yang mengalir pada konduktor- konduktor kumparan jangkar menimbulkan fluksi magnet yang melingkar. Fluksi jangkar ini memotong fluksi dari kedua kutub medan, sehingga menyebabkanperubahan kerapatan fluksi dari medan utama. Hal ini menyebabkan jangkar mengalami gaya sehingga menimbulkan torsi.Gaya yang dihasilkan pada setiap konduktor dari sebuah jangkar, merupakan akibat aksi gabungan medan utama dan medan di sekeliling konduktor. Gaya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar fluksi medan utama dan kuat medan di sekeliling konduktor. Medan di sekeliling masing- masing konduktor jangkar tergantung pada besarnya arus jangkar yang mengalir pada konduktor tersebut. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri.Bes........(2.1)DimSed......( 2.2 ) Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar daripada torsi beban makamotor akan berputar. Besarnya torsi beban dapat dituliskan dengan:T = K Ia..........................................................................................( 2.3 )K = p z ............................................................................................( 2.4 )2 aDimana :T = torsi [ N-m ]r = jari-jari rotor [ m ]K = konstanta (bergantung pada ukuran fisik motor)= fluksi setiap kutubIa = arus jangkar [ A ].II.3edan yang ma arus maka tim ini akan me besar dari torsiBes.. (2.5) Dimr = jari-jari belitan [ m ]= Sudut terbentuk antara jari-jari belitan dan gaya dalam satuan derajat. Kalau pada suatu saat kumparan jangkar berada pada kedudukanhorizontal ( = 900 , torsi yang terjadi merupakan penjumlahan dari torsi masing-masing segmen ( Gambar 2.9 ).A.Di s ngan arah tegaBes= B I L tegak lurus pada I dan B. Torsi yang timbul karena gaya ini adalah :Tab = F r sin= B I L r sin 900= B I L r ( dengan arah berlawanan putaran jarum jam )B. Segmen bc.Di segmen bc, arah arus sejajar dengan arah fluksi, sehingga gaya yang terjadi adalah :Fbc = B I L sin 0o.= 0Jadi T bc = 0C. Segmen cd., sehingga gayTorsD.ksi denganarahBesar gaya yang terjadi : Fda = B I L sin 0o= 0Jadi Tda = 0Torsi keseluruhan sama dengan : T = Tab + Tbc + Tcd + TdaT = B I L r + 0 + B I L r + 0= 2 B I L rRumus ini berlaku untuk kumparan lilitan tunggal dimana jumlah konduktor 2 buah.Untuk torsi yang dibangkitkan oleh satu konduktor adalah :Tkond = B I L r...( 2.6 ) Jika ada a percabang arus ( cabang paralel ) pada motor dan total arus jangkarsebe( 2.7 )Dan..( 2.8 )Flu...( 2.9 )DimSehingga :Tkonduktor =

f P I a

..( 2.10 )2p aTotal torsi yang dibangkitkan oleh motor bila jumlah Z konduktor adalah :Tind =

ZP2p a

f I a [ N-m ].( 2. 11 )Sehingga :Tind = K Ia [ N m ].....( 2.12 ) Dimana :K = Z P ...( 2.13 )2p aII.3.2. Gaya Gerak Listrik ( GGL ) Lawan(7,8).Ketika jangkar motor berputar konduktornya juga berputar dan memotong flu r di dalam suat GL induksi yan an dengan tega al tersebut diseBes berikut :( 2.14 )Per( 2.15 )DimK = konstanta =

a .60

..( 2.16 )II.3.3 Reaksi Jangkar (1,3,5,7,8)Pengaruh ggm jangkar pada distribusi fluksi medan utama di celah udara disebut reaksi jangkar. Ggm jangkar akan menghasilkan dua pengaruh yang tidak diinginkan pada fluksi medan utama yaitu :1. Reduksi jala-jala pada fluksi medan utama masing-masing kutub2. Distorsi gelombang fluksi medan utama masing-masing kutub sepanjang celah udara.Reduksi dalam fluksi utama untuk masing-masing kutub mengurangi tegangan utama dan torsi yang dihasilkan, dimana distorsi fluksi medan utama mempengaruhi batasan keberhasilan komutasi dalam mesin arus searah.Gambar 2.10 memperlihatkan jalur fluksi untuk kutub utama dari mesin arus mesin arus sear r. Arus ini terli cross pada kutu ihat dalam2.10 otor, maka jang tub U danS da h jangkar.( b)

. d - a x is .. .A r a h R o t a si g ene r a t or

Bq - ax is A

G a r i s ne t r al M e da n b e r b eban ( c) A r ah R o t a s i M o t or

. q. . ..

.U . S. .BGambar 2.10 Ilustrasi daerah distribusi dari (a) fluksi kutub medan(b)Fluksi jangkar (c) Resultan dari kedua fluksi.Gambar 2.11 adalah gambar yang dikembangkan dari Gambar 2.10.(b) dan pengujian dari gambar yang menunjukkan bahwa di bagian tengah inti jangkar dan di dalam kutub yang berhadapan, jalur fluksi yang dibangkitkan oleh arus jangkar tegak lurus dengan jalur fluksi utama. Dengan kata lain, jalur dari fluksi jangkar ini menyilang jalur fluksi medan utama.

Gambar 2.11. (a) Medan utama, (b) Medan Jangkar, dan (c) Resultan distribusi fluksi(d) Distribusi fluksi oleh arus jangkarDengan demikian, pengaruh gaya gerak magnet (ggm) jangkar pada medan utama adalah merupakan magnetisasi silang yang disebut fluksi silang. Ketika arus mengalir ke dalam jangkar dan kumparan medan, maka distribusi fluksi resultan diperoleh dari menggabungkan dua fluksi Gambar 2.11 (a) dan (b). Ini akan diilustrasikan dalam Gambar 2.11. (c). Akan terlihat bahwa fluksi reaksi jangkar memperkuat fluksi medan utama di satu bagian dan melemahkan fluksi medan dibagian lain pada kutub utama. Jika tidak ada kejenuhan magnetik, maka jumlah pen dan fluksi resu ya. Secara akt n ini lebih keci urang dari nilaian fluksi. Keb engan titik jen ama dapat dij u d, ggm resu m jangkar. Un da sisi kiri sumbu d dalam Gambar 2.12. Untuk +Fk, ggm resultan adalah Fk + Fj. Karena pada lokasi di permukaan kutub dimana gaya gerak magnet (ggm) rotor menambahkan permukaan kutub dan ggm rotor mengurangi ggm kutub, terdapatpenurunan rata-rata kerapatan fluks yang lebih besar : n < t , sehingga penjumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang.

timbulkanmen otor arus sear hingga tak terII.3.bat reaksi jang1. Pergeseran sikat ( brush shifting ).Ide dasarnya adalah memindahkan sikat seirama dengan perpindahan bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang mungkin timbul. Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul oleh mesin sehingga sikat harus juga diubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarakperpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat ini akan memperburuk melemahnya fluksi akibat reaksi jangkar mesin dapat diperlihatkan padaGambar 2.13 .Ga arah putar.2.wat-kawat yan tidak akan ter itu, kutub- kutu kumparan jangngkar pun meningkat, besarnya perubahan/pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang melakukan komutasi. Pada saat itu juga fluks kutub bantu juga meningkat, menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral.IA _wU S VT+IAG ub bantu.3. Badi sangat pen menambah bel kumparan jang ngan yang tim si jangkar dii erlawanan. Keti diimbangi oleh r. Gambar me bar 2.15.a me kan fluksi jangkar dan fluksi kompensasi.Gambar 2.15.c menunjukkan fluksi total dari motor yang mana hanya fluksi utama.wU S( a )w.II.4. II.4.1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebasGambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas2. Persamaan umum motor arus searah penguatan bebasVt = Ea + Ia.Ra....(2.17) Vf = If . Rf..(2.18)dimana :Vt = tegangan terminal jangkar motor arus searah [ Volt ]. Ia = arus jangkar [ Amp].R = tahanan jangkar [ Ohm ].II.4.1. RGambar 2.17 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shuntPersamaan umum motor arus searah penguatan shuntVt = Ea + Ia.Ra....(2.19) Vsh = Vt = Ish . Rsh........(2.20) IL = Ia + Ish.....(2.21)dimana :Ish = arus kumparan medan shunt [ Ohm ].Vsh = tegangan terminal medan motor arus searah [ Volt ]. Rsh = tahanan medan shunt [ Ohm ].IL = arus beban [ Amp ].II.4.3 Motor Arus Searah Penguatan Seri1. Reri2. P...(2.22)..(2.23)(2.24)dimana :Is = arus kumparan medan seri [ Amp ]. Rs = tahanan medan seri [ Ohm ].II.4.4 Motor Arus Searah Penguatan Kompon IL +

RsIsh Ia+

IL +

RsIsh Ia+Vt Rsh

Ra Ea-

Vt Rsh

Ra Ea-- -(a) (b)Ga lawan.Bantu....(2.25)...(2.26)..(2.27)+a-Ga dek lawan k Bantu.Vt = Ea + IL.Rsh + Ia.Ra....(2.28) Vt = Ish.Rsh......(2.29)IL = Ia + Ish..( 2.30 )28BAB IIIJENIS-JENIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC III.1. Umum(2,3).Motor DC pada saat sekarang ini diberi sumber AC yang lalu disearahkan dengan dioda dan bila dibandingkan langsung dengan sumber DC yang didalam aplikasinya banyak juga yang mengantikan dioda dengan thyristor yang digunakan dalam b gan ke motor.Dasar1.2.3.III.2. PePen shunt dengan melem dihubungkan

seri den+ nVt Ra EaRsh --Gambar 3.1. Pengaturan medan pada motor DC penguatan shunt

Berdasarkan Persamaan 2.19 dan 2.20 didapatkan : Vt = Ea + Ia.RaEa = Vt - Ia.Ra.Ea = c. n sh ....................................................................................................( 3.1 ) Sehingga didapatkan berdasarkan subsitusi Persamaan 2.20 dan 3.1 :

n = Vt

I a .R a

...............................................................................................( 3.2 )shdi

Ber

Vshsehingga :VIsh = t ..........................................................................................( 3.3 )R sh

R VariabelDimana :Ish = Arus medan shunt [ Ampere ]. Rsh = Tahanan shunt [ Ohm ].

Rvariabel = Tahanan variabel [ Ohm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

III. 3. Pengaturan Tegangan(2,3)..Pengaturan ini dilakukan dengan mengatur tegangan yang disu plai ke motor seperti Gambar 3.2.hunt.Ber Vt EaEan =c. shdimana :n = Putaran kecepatan motor [ rpm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Ampere ].c = Konstanta.

sh = Fluks medan shunt [ Wb ] Ish = Arus shunt [ Ampere ].

Motor DC pada saat sekarang ini diberi sumber AC yang lalu disearahkan

dengan dioda dan bila dibandingkan langsung dengan sumber DC yang didalam aplikasinya banyak juga yang mengantikan dioda dengan thyristor yang digunakan dalam berbagai kombinasi kontrol kecepatan melalui penyesuaian tegangan ke motor . Berdasa agian sebagai berikut :

a. KoDimana terhubung ke motor a unakan untuk semua

b. InteDengan C atau disebut juga A ode ini hanya bermanf

c. KoDengan mengendalikan tegangan rms masukkan ke motor melalui metode pensaklaran. Metode ini digunakan untuk pada saat start awal motor.III.3.1. Kontrol Phasa(2,3).Thyristor dapat digunakan untuk mendapatkan satu keluaran besaran searah yang dapat diubah-ubah dari suatu suplai bolak-balik.Kontrol fasa adalah penyalaan thyristor pada sudut penyalaan tertentu pada setiap setengah periodanya ( 00 1800 ), yang menyebabkan gelombang tegangan output

terpotong-potong dari 0% sampai 100 % seperti terlihat pada Gambar 3.3.Gambar 3.3. Bentuk gelombang yang terpotong-potong pada output, yang bergantung pada besar sudut penyalaan .

Sudut penyalaan 1 lebih besar dari sudut penyalaan 2 sehingga 3.3a lebih kecil dari daya 3.3b. disebut sudut konduksi artinya besar sudut sepanjang thyristor on.

a. Kontrol fasa vertikal adalah cara mentrigger thyristor dengan memanfaatkan sifat thyristor di mana tegangan break-overnya dapat diperendah dengan memperbesar arus triggernya seperti Gambar 3. 4. Igt1 lebih kecil dari Igt2 yang menyebabkan Vbr1 lebih besar daripada Vbr2 sehingga 1 > 2 dan daya I < daya II. Dalam prakteknya cara vertikal ini kurang praktis juga sudut penyalaan hanya bisa diatur dari 00 sampai al yang lebih

1800.Gambar 3.4 Pengaruh besar IGT ( trigger ) terhadap pemotongan gelombang tegangan input ( cara kontrol fasa vertikal )

b. Kotrol fasa horizontal memanfaatkan sifat thyristor di mana pada sembarang waktu yang memenuhi syarat-syarat onnya, pemberian arus trigger seketika akan menyebabkan thyristor konduksi (on) seperti

Gambar 3.5.TRIAC

VinIGTPulsa Gate MT21g2 a

w tPulsa Gatep a MT 1w tGambar 3.5 Cara kontrol fasa horizontal yang mengatur besar sudut penyalaan

Bahwa Igt1 = Igt2 =Igt3, besar sudut dapat diatur dengan rangkaian elektronik. Jika 1 daya II > daya III. Keunggulan cara ini adalah besar sudut dapat diatur dari 00 1800 yang menghasilkan pengaturan daya output dari 00 1000.

III.3. 2. Integral Siklus Kontrol(2,3).Selama tegangan masukkan setengah siklus positif, daya yang mengalir dikontr engalami daya selama hasilkan pada T1 dan kan, tegangan keluaran .6c.

input

GPengontrol Gate

Vout

BebanNetral

b ). Rangkaian pada beban RVsVmp 2p w tVm2p w ta pJ da thyristor T1dan T2 :V0 (14p a

cos 2wt )d (wt )

1V0 VS p a p

sin 2a2

12...(3.4)

Dengan variasi sudut dari 0 sampai , V0 dapat divariasikan dari VS sampai 0.Metode integral bisa disebut juga dengan bust firing. Diagram rangkaian

dapat ditunjukkan pada Gambar 3.7.klus Kontrol Berdasa ontrol seperti yang di a merupakan siklus se ilai tegangan

keluaran rms seperti Persamaan sebagai berikut :Vo =

n

n m 0

22.V sin t d

12t ................................................ ( 3.5 )

nVo = Vn m

V k .............................................................................( 3.6 )

Tegangan keluaran dari integral siklus kontrol disuplai ke motor DC

penguatan shunt seperti Gambar 3.8.

S iklus C2. Bila satukan dan siklus ini terus be 3.8.a. Inilah yang mengakibatkan cepat atau lambatnya motor dengan menggunakan thyristor untuk menurunkan tegangan r.m.s sumber.Tegangan rata-rata interval penuh dari pengsaklaran sebagai berikut :V 2 2 Vd p ph

(C1

/ C2 )

V I Rn d a a ....(3.5)cfdimana :

Vd = tegangan rata-rata/tegangan terminal [ Volt ] Vph = tegangan satu phasa [ Volt ]

C1 = siklus 1 ON

III.3.3.P mber tegangan dc tetap per mengubah secara l rter dc ke dc. Chopper plai tegangan yang va unakan untuk menaik

C motor traksi pada automobil elektrik, mobil trolley, kapal pengangkut, truk forklift dan lain -lain. Chopper menghasilkan putaran yang baik, efisiensi yang tinggi dan respons dinamik yang cepat. Selain itu dapat pula digunakan untuk pengereman regeneratif pada motor-motor dc untuk mengembalikan energi pada sumber, dan hal ini menghasilkan adanya penghematan energi untuk transportasi dengan adanya pemberhentian yang sering dilakukan. Chopper digunakan pada regulator tegangan dc dan juga digunakan,

pada penghubung dengan induktor, untuk membangkitkan sumber arus dc, terutama untuk pembalik arus.

DC Chopper mempunyai 2 prinsip kerja antara lain :

a. Prinsip Kerja Step-DownPrinsip kerja step down dapat dijelaskan melalui Gambar . Ketika saklar SW ditutup selama waktu t1, tegangan masukan Vs muncul melalui beban. Bila saklar tetap of uk gelombang untuk te r 3. 9

0

t kT

b). Bentuk Gelombang

Gambar 3.9 Chopper step-down dengan beban resistif

Tegangan keluaran rata-rata diberikan oleh :Vo =

1 t1

T 0

Vo dt

t1 V Ts

ft1Vs

kVs

...(3.6)

dan arus beban rata-rata, Ia = Va / R = k Vs/R, dengan T adalah periode chopping, k =

t1/T adalah duty cycle chopper, dan f adalah frekuensi chopping. Nilai rms tegangan keluaran ditentukan dari :

..(3.7)

Dengan daya masukan pada c

...(3.8)Resista...(3.9)

Duty cy rut t 1, T dan f. Maka te n mengatur k, dan aliran daya dapat diatur melalui :

1. Operasi pada frekuensi konstan.

Frekuensi chopping f ( atau periode chopping T ) dijaga tetap dan waktu on t 1 divariasikan. Lebar pulsa bervariasi dan kontrol jenis ini dikenal dengan nama kontrol pulse-widht-modulation ( PWM ).2. Operasi pada frekuensi yang variabelFrekuensi chopping f bervariasi. Pada waktu on t1 atau pada waktu off t2 dijaga tetap. Ini disebut modulasi frekuensi. Frekuensi divariasikan untuk batasan yang lebar untuk mendapatkan batasan tegangan keluaran yang penuh. Kontrol jenis ini membangkitkan harmonisa pada frekuensi yang tidak bisa ditentukan sehingga akan sangat sulit untuk merancang filter.

b. Prinsi

C n kerja untuk operasi ama waktu t1, arus in L. Bila saklar dibuka pindahkan ke beban m si bahwa arus yang m njukkan pada

Gambar......(3.10)L i I D

++

+ VSChopperL L-

-

Bebano

-

a). Susunan Step-Up

i

I I2I2I I1t10 tb). Bentuk Gelombang arusVoVSdan ini...(3.11)Teganga

v

V L I

V 1 t1

V 1 ..(3.12)o s S2 2

s 1 kBila sebuah kapasitor CL dihubungkan dengan beban seperti terlihat pada garis putus-putus pada Gambar. Tegangan keluaran akan tetap dan vo akan menjadi nilai rata-rata Va. Bila kita perhatikan dari Persamaan ( 3.12 ) bahwa tegangan yang melalui beban dapat dinaikkan dengan memvariasikan duty cycle, k dan tegangan

keluaran minimum adalah Vs bila k = 0. Namun demikian, chopper tidak dapat on terus-menerus sehingga k=1. Untuk nilai k yang cenderung menuju satu, tegangan keluaran menjadi sangat besar dan sangat sensitif untuk mengubah nilai k, seperti terlihat pada Gambar 3.11.

Prinsip ini dapat diaplikasikan untuk memindahkan energi dari satu sumber tegangan ke lainnya seperti terlihat pada Gambar 3. 11.b. Rangkaian ekivalen untuk mode-m untuk mode I

diberika.(3.13)L I2+VS-Mode 1b). Rangkaian ekivalen

iI22I11t1 t2t kT Tc). Bentuk gelombang arus.

Gambar 3.11. Susunan gelombang arusdan dini (3.14)

Dimana eningkat dan kondisi

di1 0dtArus u.(3.15)dan peni ...(3.16)Ldengan I2 adalah arus mula untuk mode 2. Untuk sistem yang stabil, arus harus turun dan kondisi yang memenuhi adalah;

di2 dt

0 dan Vs EBila kondisi ini tidak memenuhi,arus induktor akan tetap naik dan akan terjadi tidak

stabil. Maka, kondisi untuk pemindahan daya yang terkontrol adalah :0 VS

E .....(3.17)

Persamaan (3.15) menyatakan bahwa sumber tegangan Vs, harus lebih kecil dari teganga e tegangan dc tetap bi motor-motor bekerja epatan mesin berkura heostat.

B Vs ke induktor L. Dan induktor akan dipinda

III. 4. PPen gkar dengan mengh

Gambar 3.12. Pengaturan tahanan jangkar pada motor DC penguatan shunt

Berdasarkan Persamaan 3.2 didapatkan :n = Vt I a .R a c. shn = Vt I a R a R var ................................................................................( 3.18 )c. shdimana :

M kup besar dan sangat m

BAB IVPENGATURAN KECEPATAN MOTOR SEARAH SHUNT DENGAN INTEGRAL SIKLUS KONTROL.IV.1. Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Shunt Dengan IntegralSiklus Kontrol.Dengan memotong gelombang AC sehingga merubah nilai tegangan AC atau tan dioda. Met ang kecil. MetIV.2peralatan antaelitian ini5 WattWatt R5 = 1k /0,25 Watt R6 = 100 /0,25 Watt R7 = 470 / 5 Watt C1 = 220nF/ 100 VoltC2 = 220nF/ 200 Volt. Dioda Zener = 22 V/ 1,5 WattPotensio mono= 50k Triac = BT139 ( 16A/ 500 V) UJT = 2N2646Dioda Jembatan ( KBPC 3504 ) = 16 Ampere492. Machines Controlled Panel MCP 182.Terdiri dari alat ukur dan catu daya sebagai berikut ( Gambar 4.1 ) :2 unit Power Supply AC/DC1 Unit Variable resistor 0-2001 Unit Voltmeter DC 0-250 Volt2 Unit Ampermeter DC 0-10 A dan 0-5 AmpereYaitu bagian alat peraga bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan beban.4. Power Suplai 3 Phasa.Terdiri dari catu daya AC 3 phasa dan catu daya DC.IV.3. Spesifikasi Motor.Motor yang digunakan pada pengujian ini adalah : Name Plate Mesin I / 61- 001P = 2 kW = 2,6 HP n = 1500 rpmKelas Isolasi B p = 23 SlotVeksitasi dan armature = 220 V Error 220 V, 0,64 A Hasil Pengukuran :MedJangIV.4IV.4 an ShuntGambar 4.2. Rangkaian Integral Cycle Control ke Motor DC Shunt tanpa bebanIV.4.2.Rangkaian Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan ShuntDengan Integral Siklus Kontrol.D1 D3

ILA

A AaIshV Rsh EaRaD2 D4A R1

PotGa pa beban.IV.5IV.5 a Integralmbar 4.2, lak. mencapai us medanshunt ( Ish = 0,4Ampere) tetap konstan.3. Lalu catat putaran (n rpm),arus jangkar ( Ia Ampere).IV.5.2. Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shunt Dengan IntegralSiklus Kontrol.Setelah semua peralatan selesai dirangkai sesuai dengan Gambar 4.3, lakukan prosedur sebagai berikut :1. Power suplai pada MCP 182 di Onkan, geser switch 1 ke DC danSwitch 2 ke AC.2. Set power suplai 1 ke 10 Volt DC untuk Gate.3. Atur sensisitivitas Channel X osiloskop 5 volt/div dan time 5 ms/div.4. Set power suplai 2 ke tegangan yang diinginkan, atur sudut penyalaan dan set ulang tegangan keluaran sehingga mencapai 220Volt, 200Volt,180Volt, 160Volt dan 140Volt serta arus medan shuntIV.6IV.6 a Integral

18012500,83

20014000,85

22015000,89

IV.6.2.Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shunt Dengan IntegralSiklus Kontrol.Ish = 0,4 AVsumber ( Volt )Vt ( Volt )n ( rpm )IL ( A )

0000

16114010000,77

82

83

85

89

IV.7IV.7 nt TanpaHaEa R = 0,31 Ohm

Rsh = 287 Ohm

Vf = Vt = If .( Rf + Rdiv )VIf = t

R f Rvar= 140

0,4 Ampere287 63Ia = IL - IfIa = 0,77 0,4Ia = 0,37 Ampere.Ea = Vd ( Ia. Ra )Ea = 140 ( 0,41.0,31 ) Ea = 139,87 VoltIV.7 enganHasil Pengujian Data I dengan Integral Cycle Control :V 2 2 Vd p ph

(C1

/ C2 )C1 / C2

p Vd

2 2 V ph= p 1402 2 161= 0,96Vf = Vt = If .( Rf + Rdiv ) I = Vt

R f Rvar= 140

0,4 Ampere287 63I = I - Iyang samamaA IntegralIsh = 0,4 AV d( Volt )n ( rpm )IL ( A )Ia ( A )Ea (Volt)

00000

14010000,770,37139,885

16011250,820,42159,87

18012500,830,43179,87

20014000,850,45199,86

22015000,890,49219,85

Tabel 4.1Analisis Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shunt DenganIntegral Siklus KontrolIsh = 0,4 AVsumber ( Volt )V d( Volt )n ( rpm )IL ( A )Ia ( A )Ea (Volt)C1/C2

0000000

16114010000,770,37139,8850,99

18216011250,820,42159,870,99

1

0,965

0,96

Tegangan ( Vt ) Volt

200 250Gambar 4.4. Grafik Kecepatan terhadap tegangan motor DC shunt tanpa integral kontrol.Putaran VS Arus Jangkar16001400120010008006004002000.5 0.6Ga npa0

0 50 100 150 200 250Tegangan ( Vt ) VoltGambar 4.6. Grafik kecepatan terhadap tegangan motor DC shunt dengan integral siklus kontrol.Putaran VS Arus Jangkar16001400120010008006004002000.5 0.6Ga enganhunt yang men ma sekali tid gral siklus kont anas yang dia nya dapat digu kan terjadi breaDAFTAR PUSTAKA1. Chapman Stephen J., Electric Machinery Fundamentals, Mc. Graw-HillInternational Edition, 1999.2. Deshpande M.V, Electric Motors Applications AndControl,A.H.Wheeler & C.O. Private Limited, Bombay,1985.3. Dubey.Gopal K.,Power Semiconduktor Controlled Driver,Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey,1989., Erlangga,Chand dan nstruction an, 2001.

Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Suma

Disusun Oleh :

Nama : ANDREAS PINEM NIM : 99 04 22 006

nakan elektronika daya yang berfungsi sebagai pengganti ko ersifat mekanis. Dalam pengaturan kecepatan motor arus sear tode yaitu dengan pengaturan tegangan jepit ( Vt ) , fluksi ( )

jangkar ( Ra ). Penggunan rangkaian elektronika dapat dila

kontrol phasa, integral siklus kontrol dan pengendalian de engaturan kecepatan motor arus searah. Integral siklus kontr uran tegangan terminal motor arus searah dengan menggunakan

g saling berlawanan untuk mengatur kecepatan.

ntuk itu tugas akhir ini akan menujukkan hasil penel uran kecepatan motor arus searah penguatan shunt dengan i

. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Li

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC PENGU SHUNT DENGAN INTEGRAL SIKLUS KONTR

APLIKASI PADA LABORATORIUM KONVERSI E LISTRIK FT USU ) .

Penulis menyadari bahwa tulisan ini tidak akan selesai tan tuan dari semua pihak yang telah memberikan dukungan kepada pe na itu sudah sepantasnyalah penulis menyampaikan ucapan ter ada :

1. Bapak Ir. Mustafrind Lubis, selaku Pembimbing Tugas A Laboratorium Konversi Energi Listrik yang telah memberika dan pengarahannya tanpa mengenal waktu serta keadaan.

2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik E

Ardiansyah, Andriuli, Farhan yang telah banyak membantu pen menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Rekan-rekan mahasiswa ekstension dan reguler yang tid disebutkan satu persatu telah banyak membantu penul menyelesaikan tugas akhir ini.

Akhirnya penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat berma ulis pribadi dan juga semua pihak yang membutuhkan.

Medan, 07 Mar

Penulis

Tujuan Penulisan. Batasan Masalah. Metode Penulisan... Sistematika Penulisan. B II. MOTOR ARUS SEARAH.

Umum Konstruksi Motor Arus Searah... Prinsip Kerja Motor Arus Searah II.3.1. Torsi Induksi. II.3.2. Gaya Gerak Listrik ( GGL ) Lawan.. II.3.3. Reaksi Jangkar.....

II.3.3.1. Mengatasi Masalah Reaksi Jangkar..

. Pengaturan Tahanan Jangkar

B IV PENGATURAN KECEPATAN MOTOR SEARAH DENGAN INTEGRAL SIKLUS KONTROL.

1. Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Shunt Dengan Inte

Kontrol...

2. Peralatan Pengujian ..

3. Spesifikasi Motor..

4.Rangkaian Pengujian .

5. Prosedur Pengujian....

6. Data Hasil Pengujian .

a yang dibutuhkan untuk pengaturan kecepatan motor tidak terl m pengontrolan dengan menggunakan rangkaian elektronika te

tu :

Kontrol Phasa.

Integral Siklus kontrol

Kontrol chopper.

tegral siklus kontrol digunakan untuk mengatur kecepatan untuk ah KW yang kecil dimana thyristor dua arah sebagai sumber AC earahkan dengan menggunakan jembatan.

Atas dasar inilah penulis tertarik untuk melakukan penelitian epatan motor arus searah penguatan shunt dengan integral siklus kon

4. Harmonisa dianggap tidak ada.

Metode Penulisan

ode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai tudi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku- pendukung.

tudi bimbingan, berkonsultasi dengan dosen pembimbing yang peranan penting dalam penulisan laporan tugas akhir ini.

tudi laboratorium, berupa pengujian kebenaran teoritis yang diper studi literatur dengan cara penerapan langsung pada per Laboratorium.

ab ini merupakan suatu tinjauan mengenai jenis-jenis pengontrolan tor arus searah seperti kontrol phasa , integral siklus kontrol d pper.

IV Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Shunt dengan Inte

Siklus Kontrol.

ab ini akan menujukan hasil-hasil studi laboratorium yang berkena gaturan kecepatan motor arus searah shunt dengan integral siklu kaian percobaan, prosedur pengujian, data hasil-hasil peng ganalisaannya serta grafik.

ab V kesimpulan.

al-hal yang dianggap penting dirangkumkan sebagai kesimpulan di

at dibedakan atas :

1. Motor arus searah penguatan terpisah, bila arus penguat m dan medan stator diperoleh dari luar motor.

2. Motor arus searah penguatan sendiri, bila arus penguat mag dari motor itu sendiri.

Motor arus searah dapat diklasifikasi sebagai berikut :

1. Motor arus searah penguatan shunt

2. Motor arus searah penguatan seri.

3. Motor arus searah kompon panjang.

Motor arus searah kompon panjang kumulatif. Motor arus searah kompon panjang differensial.

Gambar 2.1. Konstruksi Motor Arus Searah.

Dari Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi dari motor arus searah. rangan Gambar 2.1. sebagai berikut :

Badan motor ( rangka ).

Rangka ( frame atau yoke ) mesin arus searah seperti juga mesin-m

mbar 2.2 ).

Gambar 2.2 Konstruksi kutub dan penempatannya. apun fungsi dari sepatu kutub adalah :

Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bi maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet.

paran-kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar ya bahan ferromanetik, dengan maksud agar komponen-kompone kar ) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya g at bertambah besar. Seperti halnya inti kutub magnet maka jangkar

an-bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbent nya arus linier ( Gambar 2.3 ).

Gambar 2.4a. Kumparan gelombang

Kumparan gelombang.

asama yang disebut komutasi. Agar menghasilkan penyearah yang ka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. setiap belahan ( segmen ) komutator tidak lagi merupakan bentu in, tetapi sudah berbentuk lempengan-lempengan ( segmen ko dapat bahan isolasi ( Gambar 2.5 ) .

Gambar 2.5 Komutator

Gambar 2.6 Sikat-sikat

Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk utasi. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang ti gurangi rugi-rugi listrik. Agar gesekan antara komutator-komutator

ak mengakibatkan ausnya komutator, maka sikat harus lebih luna utator.

Prinsip Kerja Motor Arus Searah(1,3,5,6)

Sebuah konduktor yang dialiri arus mempunyai medan m elilingnya. Pada saat konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan

ra menuju kutub selatan.

Pada saat konduktor dengan arah arus menjauhi pembaca dite m medan magnet seragam, maka medan gabungannya akan se njukkan pada Gambar 2.7.c. Daerah di atas konduktor, me mbulkan konduktor adalah dari kiri ke kanan, atau pada arah y gan medan utama. Sementara di bawahnya, garis-garis magnet dari hnya berlawanan dengan dengan medan utama. Hasilnya adalah m dan atau menambah kerapatan fluksi di atas konduktor dan melemah

mengurangi kerapatan fluksi di bawah konduktor.

Dalam keadaan ini, fluksi di daerah di atas konduktor yang ker ambah akan mengusahakan gaya ke bawah kepada kondukt

Gambar 2.8. Prinsip perputaran motor dc

Pada saat kumparan medan dihubungkan dengan sumber galir arus medan If pada kumparan medan karena rangkaian tertutu ghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kut

njutnya ketika kumparan jangkar dihubungkan ke sumber tegan

arnya gaya Lorentz (F) dapat ditulis:

F = B. I. L ................................................................................

ana :

F = gaya Lorentz [ Newton ] I = arus [ ampere]

L = panjang penghantar [meter] B = Rapat fluksi [ Weber/m ]

angkan Torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan:

T = F .r........................................................................................

p = jumlah kutub

z = jumlah konduktor a = cabang paralel

.1. Torsi Induksi(1,5,6,7,8).

Apabila kumparan jangkar diletakkan diantara kumparan m na medan magnetnya homogen, dimana kumparan jangkar ini dialiri bullah gaya ( F ) dapat diperlihatkan pada Gambar 2.9. Gaya nimbulkan torsi pada rotor. Apabila torsi yang ditimbulkan lebih

beban maka rotor akan berputar. arnya torsi yang ditimbulkan adalah :

T = F r sin [ N-m ]

ana :

Gambar 2.9. Torsi Induksi egmen ab.

egmen ini, arah arus menuju ke arah kita dan memotong fluksi de k lurus.

ar gaya terjadi :

Fab = B I L sin 90o

Di segmen ini, arah arus menjauhi kita dan memotong fluksi a yang terjadi adalah :

Fcd = B I L sin 90o.

= B I L ( tegak lurus pada arah I dan B ). i yang timbul karena gaya ini sama dengan :

Tcd = F r sin

= B I L r sin 90o.

= B I L r ( dengan arah berlawanan putaran jarum jam ). egmen da

Di segmen ini, arah arus menuju ke arah kita dan memotong flu tegak lurus pada arah I dan B.

sar Ia, maka arus yang mengalir pada satu konduktor adalah :

I = I a

a

torsi pada satu konduktor pada motor adalah :

I a

Tkonduktor = B I L r = B L r

a

ksi per kutub pada motor adalah :

B(2p rL) 2p rLB f P

= B Ap = BLr .

P P 2p

ana :

Ap = luas penampang per kutub. P = jumlah kutub.

ksi utama. Sesuai dengan hukum Faraday, akibat gerakan kondukto u medan magnetik maka pada konduktor tersebut akan timbul G g diinduksikan pada konduktor tersebut dimana arahnya berlawan ngan yang diberikan pada motor. Karena arahnya melawan, maka h but GGL lawan.

arnya tegangan yang diinduksikan tersebut sesuai dengan persamaan

P Z

Eb = n f [ Volt ]

a 60

samaan tegangan secara umum dapat ditulis sebagai berikut :

Eb = K n f [ Volt ]

ana :

P. Z

searah dua kutub tanpa beban yaitu tanpa arus jangkar. Bila ah dibebani, maka arus akan mengalir di dalam kumparan jangka hat dalam Gambar 2.10(a) oleh dot pada kutub S (selatan) dan

b U (utara). Arus jangkar ini membentuk fluksi jangkar seperti terl (b). Jika mesin arus searah dari Gambar 2.10 bekerja sebagai m kar haruslah berputar berlawanan arah dengan jarum jam, karena ku ri medan utama yang harus menarik kutub S, U yang dihasilkan ole

q - a x is G a r i s N e tr a l m edan t a n pa be b an

. A .

( a) U S

B

q - a x is

R o t asi

P e r m uk aan A g e n e r a t or k u t ub

. . . .

U . S

q q q

guatan dan pelemahan dari fluksi medan utama adalah sama ltan per kutub masih tetap tidak berubah dari nilai tanpa bebann ual, kejenuhan magnetik akan terjadi, dan akibatnya, efek kekuata l dibandingkan dengan efek kelemahan dan fluksi resultan berk

tanpa beban. Ini disebut efek demagnetisasi dari reaksi jangkar.

Masalah kedua akibat adanya reaksi jangkar adalah pelemah anyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat d uhnya. Pengaruh kejenuhan magnetik pada reduksi fluksi medan ut elaskan dengan bantuan Gambar 2.12. Pada sisi lain dari sumb

ltan adalah (Fk-Fj) dimana Fk = ggm medan utama dan Fj = gg tuk Fj positif digunakan pada sisi kanan dari sumbu d dan negatif pa

Gambar 2.12 Kurva pemagnetan ketika terjadi reaksi jangkar

Akibat pelemahan fluks ini pada motor arus searah efek yang di jadi lebih serius, dimana pelemahan fluks akan menyebabkan m ah khususnya motor arus searah paralel akan demikian cepatnya kendali.

3.1. Mengatasi Masalah Reaksi Jangkar(7,8).

Ada 3 cara untuk mengatasi permasalahan yang timbul aki kar, yaitu :

mbar 2.13 Pelemahan ggm akibat pergeseran bidang netral melawan

utub bantu ( interpole ).

Ide dasar dari solusi masalah ini jika nilai tegangan pada ka g sedang melakukan proses komutasi/penyearahan dibuat nol, maka dapat percikan bunga api pada sikat-sikat mesin tersebut. Untuk

b utama. Kutub bantu ( interpoles ) ini dihubungkan seri terhadap kar dapat diperlihatkan pada Gambar 2.14.

Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus ja

ambar 2.14. Kumparan mesin arus searah yang dilengkapi dengan kut

elitan kompensasi ( compensating windings ).

Untuk kerja motor yang berat masalah pelemahan fluksi menj ting. Untuk mengatasi masalah tersebut salah satunya dengan

itan kompensasi. Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadp kar., kumparan jangkar ini bertujuan untuk mengurangi penyimpa bul akibat reaksi jangkar. Fluksi yang ditimbulkan oleh reak mbangi oleh fluksi belitan kompensasi yang besarnya sama dan b

ka beban berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu fluksi belitan kompensasi sehingga bidang netralnya tidak bergese

nunjukkan konsep dasar efek belitan kompensasi. Pada Gam

nunjukkan fluksi yang ditimbulkan. Gambar 2.15.b menunjuk

U S

( b )

w Bidang netral tidak digeser dalam keadaan berbeban

U S

( c )

Gambar 2.15. Efek belitan kompensasi pada motor arus searah

Jenis-jenis Motor Arus Searah(1,5,7,8)

1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

a

If = arus medan penguatan bebas [ Ohm ].

Vf = tegangan terminal medan penguatan bebas [ Volt ]. Rf = tahanan medan penguatan bebas [ Ohm ].

Ea = gaya gerak listrik motor arus searah [ Volt ].

2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

angkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt

+

IL Ia

Ish

+

Vt Rsh Ra Ea

-

-

angkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan s ersamaan umum motor arus searah seri.

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

I = ( Vt - Ea ) ..

a

R a + R s

Ia = IL

mbar 2.19(a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang

(b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang

Vt = Ea + Ia.(Rs + Ra)..... Vt = Ish.Rsh... IL = Ish + Ia..

R s R s

+ +

IL Ish Ia IL Ish Ia

+

V t R sh R a E a V t R sh R a E

-

- -

(a) (b)

mbar 2.20 (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pen

(b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pende

erbagai kombinasi kontrol kecepatan melalui penyesuaian tegan etode pengendalian motor DC sebagai berikut :

engaturan medan. engaturan tegangan. engaturan tahanan jangkar. ngaturan Medan (2,3).

gaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan arus medan

ahkan dan menaikkan melalui pengaturan tahanan variabel yang gan kumparan medan seperti pada Gambar 3.1.

+

IL Ish Ia

Rvar

c. sh

Ish

mana :

n = Putaran kecepatan motor [ rpm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Ampere ].

c = Konstanta.

sh = Fluks medan shunt [ Wb ] Ish = Arus shunt [ Ampere ]

dasarkan Persamaan 2.20 :

= Vt = Ish . Rsh

Gambar 3.2. Pengaturan tegangan pada motor DC penguatan s dasarkan Persamaan 2.19, 2.20 dan 3.1 serta didapatkan :

= Ea + Ia.Ra

= Vt - Ia.Ra.

= c. n sh

Vt I a .R a

rkan pengaturan tegangan mengunakan thyristor terbagi atas 3 b

ntrol phasa.

sumber AC dipotong gelombang negatifnya sehingga yang dalah gelombang positifnya dan pengontrolan ini dapat dig aya motor.

gral siklus kontrol

memotong gelombang AC sehingga merubah nilai tegan gan A C Kontroler, yang dihubungkan dengan jembatan dioda.Met aat untuk ukuran motor mempunyai daya yang kecil.

ntrol chopper.

t

1

t

1

900. Sehingga banyak yang memakai kontrol fasa horizont aman serta menghasilkan pengaturan sudut dari 00 sampai

SCR

R1

Beban

VR

Vout

D

R2

1 2

Vin

Beban Vout

RANGKAIAN

TRIGGER

IGT

Vs

Vm

p 2p w t

Vm

2p w t

a p

g

ol oleh beberapa sudut tunda dari thyristor T1 dan thyristor T2 m tegangan masukan setengah siklus negatif. Pulsa-pulsa yang di T2 terpisah 1800. Bentuk gelombang untuk tegangan masu

, dan sinyal gerbang untuk T1 dan T2 ditunjukan pada Gambar 3

T1 I1

MT2 MT1

I2

G T2

a). Ekivalen TRIAC

Fasa MT2 MT

1

V

g1

Pulsa Gate MT2

g2 a w t

Pulsa Gate MT1

p a

w t

c). Gelombang

Gambar 3.6. Pengontrol gelombang penuh satu fasa. ika Vs 2 Vs sin wt adalah tegangan masukan dan sudut tun

sama a1 a2 a , tegangan keluaran rms ditentukan melalui

1

p 2

2 2

V0 2VS sin wt d (wt )

2p a

1

4V 2 p 2

S

Gambar 3.7. Tegangan Keluaran pada Pengontrolan Integral Si rkan bentuk gelombang pengeluaran rangkaian integral siklus k gambarkan pada Gambar 3.7. Tegangan keluaran pada dasarny tengah. Jika saklar S ditutup dan dibuka pada siklus n dan m. N

( a ).

V

C

C1 C2

w

( b )

Gambar 3.8 Integral siklus kontrol.

a). Rangkaian kontrol b). Siklus operasi

uplai diswitch pada siklus C1 dan dibuat off dengan integral s siklus switch on/off adalah C = C1 + C2 seperti Gambar 3.8.b rulang. Pensaklaran diakibatkan oleh thyristor seperti Gambar

C2 = siklus 2 OFF

n = putaran (rpm)

Kontrol Chopper.

ada banyak aplikasi industri, diperlukan untuk mengubah su menjadi sumber tegangan dc yang bersifat variabel. DC ch op angsung dari dc ke dc dan biasanya hal ini biasa disebut konve

dapat disebut sebagai dc, sama dengan trafo ac dengan mensu riabel secara terus menerus. Seperti trafo, chopper dapat dig kan dan menurunkan sumber tegangan dc.

hopper secara luas digunakan untuk mengkontrol perputaran

f selama waktu t2, tegangan melalui beban adalah nol. Bent gangan keluaran dan arus beban juga menunjukkan pada Gamba

VH

Chopper

+ SW +

Vs Vo R

- -

a). Rangkaian

Vo

Vs

t1 t2

0 t

T

i

Vs/R

t1t2

kT 1 2

1 2

Vo = V0 dt k Vs ..

T 0

mengasumsikan bahwa tidak ada rugi -rugi pada chopper maka hopper sama dengan daya yang diberikan dengan,

1 kT 1 kT v 2 V 2

P v i dt 0 dt k s ..

i T 0 T R R

0 0

nsi masukan efektif yang dilihat dari sumber adalah ;

R Vs Vs R ..

i

I a kVs / R k

cle k dapat divariasikan dari 0 sampai 1 dengan bervariasi menu gangan keluran V0 dapat divariasikan dari 0 sampai Vs denga

p Kerja Step-Up

hopper dapat digunakan untuk menaikkan tegangan dc. Susuna step-up ditunjukkan pada Gambar. Bila saklar SW ditutup sel duktor menjadi naik dan energi akan disimpan pada induktor selama waktu t2, energi yang tersimpan pada induktor akan di

elalui diode D1 dan arus induktor menjadi jatuh. Dengan asum

engalir adalah tetap,bentuk gelombang untuk induktor ditu

3.10

ila chopper di-on-kan , tegangan yang melalui induktor adalah;

v L di .

L dt

L

1

V

C

V

1

t

2

7

6

5

4

3

2

1 k

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

c). Tegangan Keluaran

Gambar 3.10 Susunan Kerja Untuk Operasi Step-Up. emberikan arus ripple puncak ke puncak pada induktor,

Vs

I t1

L

n keluaran instantaneous adalah

t

t

ode operasi ditunjukkan pada Gambar.3.11.c. Arus induktor n sebagai berikut.

V L di1 .

s dt

L i I D

L 1

+

+

+ VS

VL Chopper

Vo

-

- -

a). Diagram Rangkaian.

L

+

VS

-

Mode 1

I

I

yatakan sebagai

VS

1 (t) t I1 ..

L

i1 adalah arus mulauntuk mode 1. Selama mode 1, arus harus m yang penting adalah,

ntuk VS 0

ntuk mode 2 diberikan sebagai berikut,

V L di2 E ..

S dt

yelesaiannya adalah ;

VS E

2 (t) t I 2

n E agar transfer daya dari sumber yang tetap ( atau variabel ) k sa dilakukan. Pada pengereman elektris motor-motor dc, dengan sebagai genarator dc, tegangan terminalnya akan jatuh bila kec ng. Chopper dapat memindahkan daya ke sumber dc tetap atau r

ila chopper di-on-kan, energi akan dipindahkan dari sumber bila chopper di-off-kan sejumlah energi yang tersimpan pada hkan ke baterai E.

engaturan Tahanan Jangkar(2,3)..

gaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan tahanan jan ubungkan seri dengan tahanan variabel seperti Gambar 3.11.

n = Putaran kecepatan motor [ rpm ].

Vt = Tegangan terminal [ Volt ]. Ia = Arus jangkar [ Ampere ].

c = Konstanta.

sh = Fluks medan shunt [ Wb ]

etode ini jarang digunakan karena menyebabkan rugi -rugi cu empengaruhi efisiensi motor.

disebut juga AC Kontroler, yang dihubungkan dengan jemba ode ini hanya bermanfaat untuk ukuran motor mempunyai daya y ode integral bisa disebut juga dengan bust firing.

. Peralatan Pengujian.

Percobaan yang akan dilaksanakan menggunakan komponen dan ra lain :

1. Komponen Elektronika.

Berupa komponen elektronika untuk digunakan dalam pen digunakan komponen-komponen sebagai berikut :

R1 = 1k / 0,25 Watt R2 = 2200 /0,2

R3 = 4700 /0,25 Watt R4 = 100 /0,25

1 Unit Voltmeter AC 0-500 Volt

1 Unit Ampermeter AC 0-10 Ampere

Gambar 4.1.Machines Controlled Panel ( MCP ) 182.

3. Oscilloscope 2 Channell.

an Shunt / Bebas ( J K ) = 0,287 K

kar ( GA HB ) = 0,31

. Rangkaian Pengujian.

.1. Rangkaian Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguat

Tanpa Integral Siklus Kontrol.

I

R5 Suplai 2

Suplai 1 R3 R R7

4

DC V DZ UJT Triac V AC

C2

R2 C1

R6

mbar 4.3. Rangkaian Integral Cycle Control ke Motor DC Shunt tan

. Prosedur Pengujian.

.1. Pengaturan Kecepatn Motor DC Penguatan Shunt Tanp

Siklus Kontrol.

Setelah semua peralatan selesai dirangkai sesuai dengan Ga ukan prosedur sebagai berikut :

1. Power suplai pada MCP 182 di Onkan, geser switch 1 ke AC

2. Set power suplai AC ke tegangan yang diinginkan sehingga

220Volt, 200Volt, 180Volt, 160Volt dan 140Volt serta ar

( Ish= 0,4Ampere) tetap konstan.

5. Lalu catat putaran (n rpm),arus jangkar ( Ia Ampere).

. Data Hasil Pengujian.

.1.Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shunt Tanp

Siklus Kontrol

Ish = 0,4 A

Vt ( Volt ) n ( rpm ) IL ( A )

0 0 0

140 1000 0,77

160 1125 0,82

182 160 1125 0,

198 180 1250 0,

211 200 1400 0,

231 220 1500 0,

. Analisa Data Pengujian .

.1. Analisa Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shu

Integral Siklus Kontrol.

sil Pengujian Data I tanpa Integral Cycle Control

Ia Ish IL

n

M Rvar Vt

a

n = Vd (I a Ra )

K .f

n = 140 (0,37 x0,31) 1000 rpm

0,1399

.2. Analisa Pengaturan Kecepatan Motor Dc Penguatan Shunt D Integral Siklus Kontrol.

Ia Ish IL

n

M Rvar Vd

Ea R = 0,31 Ohm Rsh = 287 Ohm

a

f

a L f

Ia = 0,77 0,4

Ia = 0,37 Ampere.

Ea = Vd ( Ia. Ra )

Ea = 140 ( 0,41.0,31 ) Ea = 139,87 Volt

n = Vd (I a Ra )

K .f

n = 140 (0,37 x0,31) 1000 rpm

0,1399

Cara perhitungan yang dilakukan untuk data yang lain dengan cara ka didapatkan hasil perhitungan seperti Tabel IV.1.

Tabel 4.1

nalisis Pengaturan Kecepatan Motor DC Penguatan Shunt Tanpa

Siklus Kontrol.

200 180 1250 0,83 0,43 179,87

230 200 1400 0,85 0,45 199,86

267 220 1500 0,89 0,49 219,85

Dari data pengujian akan diperoleh grafik sebagai berikut.

Putaran VS Tegangan

1600

1400

m

p 1200

r

) 1000

n

( 800

n a

r 600

a t

u 400

P

200

0

0 50 100 150

Putaran (n) rpm

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Arus Jangkar ( Ia) Ampere

mbar 4.5. Grafik kecepatan terhadap arus jangkar motor DC shunt ta integral siklus kontrol.

Putaran VS Tegangan

1600

1400

m 1200

p r

) 1000

n

( 800

n a

a 600

r

t u

P 400

200

Putaran (n) rpm

0

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Arus Jangkar ( Ia) Ampere

mbar 4.7. Grafik kecepatan terhadap arus jangkar motor DC shunt d integral siklus kontrol.

Dari tabel dan grafik di atas menunjukkan motor dc penguatan s ggunakan integral siklus kontrol dengan tidak menggunakan, sa

ak ada perbedaan dalam karakteristiknya tetapi penggunaan inte rol mudah dalam penggunaan tetapi motor dan dioda akan cepat p kibatkan sumber tegangan yang tidak sinusoidal.Peralatan ini ha nakan untuk motor di bawah 2 KW karena integral siklus kontrol a

k down dan menyebabkan integral siklus kontrol tidak berfungsi.

4. Eugene C. Lister,Mesin dan Rangkaian Listrik, Edisi keenam

Jakarta.

5. Kadir Abdul., Mesin Arus Searah, Djambatan, Jakarta, 1980.

6. Mehta V.K dan Rohit., Principles of Elektrical Mechines, S.

Company LTD, Ram Nagar New Delhi, 2002.

7. Theraja B.L., A Text Book of Electrical Technology, Nurja Co

& Development,New Delhi, 1980.

8. Wijaya, Mochtar, Dasar-dasar Mesin Listrik, Penerbit Djambat