BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan pengetahuan tidak akan pernah punah di kalangan pelajar,

mahasiswa, maupun masyarakat. Seiring dengan berkurangnya peralatan

praktikum di labor teknik elektro Universitas Riau maka diciptakanlah alat-alat

praktikum yang baru dengan membuat alat stating motor arus searah

menggunakan tahanan agar dapat menunjang proses pembelajaran dan

memberikan pengetahuan yang lebih untuk bersama.

Untuk motor arus searah yang kapasitasnya cukup besar, pada waktu

menjalankan motornya tidak dapat di hubungkan langsung dengan sumber

tegangan DC. Hal ini di sebabkan tahanan jangkar relatif rendah, sehingga apabila

dihubungkan langsung dengan sumber DC akan menimbulkan arus mula besar

yang dapat mengakibatkan kerusakan pada motor serta mengganggu kestabilan

operasi peralatan lain. Untuk meminimumkan tegangan yg masuk ke motor DC

maka diberikanlah tahanan untuk memperkecil tegangan tersebut.

Motor DC itu sendiri terbagi atas beberapa jenis, yaitu : Motor DC

penguatan terpisah, Motor DC shunt, Motor DC seri, dan Motor DC kompon. Di

tugas akhir ini akan di bahas tentang start motor arus searah menggunakan

tahanan.

1.2 Batasan Masalah

Untuk memudahkan pembahasan dan menitik beratkan pada permasalahan

dan pembahasan tugas akhir ini, maka penulis hanya membahas mengenai :

1. Nilai tahanan mula untuk mengurangi arus start yang besar.

2. Prinsip kerja rangkaian yaitu pemutusan tahanan mula dengan bantuan

kontaktor (secara otomatis).

1

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari Penulisan ini untuk membuat alat sebagai model

starting motor arus searah dan memahami penggunaan tahanan mula untuk

mengatur start motor arus searah.

1.4 Manfaat

Dengan melakukan penelitian ini diharapkan kita dapat mengetahui

bagaimana mekanisme dan cara kerja dari starting motor arus searah ( DC )

dengan menggunakan tahanan dan kita dapat menggunakan pemanfaatan dari

proses penelitian ini. Serta juga dapat digunakan sebagai alat praktikum di

laboratorium Teknik Elektro Universitas Riau nantinya. Penelitian starting motor

arus searah ini lebih bermanfaat untuk motor-motor besar yang di start pada

kondisi berbeban.

1.5 Metodologi Penulisan

BAB I : PENDAHULUAN

Berisikan tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan,

manfaat, dan metodologi penulisan.

BAB II : DASAR TEORI

Berisi tentang teori umum motor arus searah, prinsip kerja

motor arus searah, rangkaian ekivalen motor dc, jenis motor

dc, pengaturan kecepatan motor arus searah, pengaturan

arus medan, pengaturan tahanan jangkar dan pengaturan

tegangan jangkar, pengasutan motor dc.

BAB III : METODE PENELITIAN

Berisi tentang lokasi dan waktu pelaksanaan, dan prosedur

penelitian

2

BAB IV : PEMBAHASAN

Umum, prinsip kerja alat keseluruhan, gambar rangkaian

lengkap, pengujian, hasil pengujian, dan analisa.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari

pembahasan yang telah dilakukan.

3

BAB II

TEORI DASAR

1.2 Teori Umum Motor DC

Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga

listrik arus searah (Listrik DC) menjadi tenaga gerak atau mekanik, dimana tenaga

gerak tersebut berupa putaran dari pada motor.

Dalam kehidupan kita sehari – hari motor DC dapat kita lihat pada motor

starter mobil,  pada tape recorder,  pada mainan anak–anak dan pada pabrik–

pabrik motor DC digunakan untuk traksi, elevator, conveyor, dan sebagainya.

dimana tidak ada perbedaan konstruksi antara  motor  DC dan  generator  DC .

Bahan penting yang digunakan pada mesin–mesin arus searah adalah

bahan ferogmagnetik. Garis–garis gaya magnet cenderung untuk melewati bahan–

bahan yang termasuk jenis bahan yang permeabilitasnya jauh lebih besar dari 1.

Kutub-kutub magnet yang digunakan untuk mesin arus searah biasanya

menggunakan magnet buatan yang dibuat dengan prinsip elektromagnetisme,

yang pembuatanya adalah dengan melilitkan kawat email pada bahan

feromagnetik yang kemudian di aliri arus searah.

Prinsip dasar dari pembuatan kutub magnet buatan tersebut ialah hasil

percobaan oersted, yang menyatakan jarum kompas akan menyimpang apabila

berada didekat kawat berarus. Jarum kompas akan menyimpang bila disekitarnya

terdapat medan magnet. Dari percobaan oersted dapat disimpulkan bahwa

disekitar kawat berarus listrik terdapat medan magnet.

Arah medan magnet yang terbentuk disekitar kawat yang berarus listrik

diperoleh berdasarkan percobaan Maxwell. Bila arus listrik yang mengalir

didalam kawat arahnya menjauhi pengamat ( maju ), maka medan yang terbentuk

disekitar kawaat berarus arahnya searah dengan putaran arah jarum jam.

Sebaliknya bila arus listrik yang mengalir didalam kawat arahnya mendekati kita (

mundur ) maka medan magnet yang berbentuk disekitar kawat arahnya

berlawanan dengan arah jarum jam.

4

2.2 Prinsip Kerja Motor DC

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan

medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Bagian utama motor DC adalah

stator dan motor, dimana kumparan medan pada motor DC disebut stator (bagian

yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang bergerak).

Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar

bebas diantara kutub-kutub magnet permanen.

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang

menyentuh komutator, dua segmen yg terhubung dengan dua ujung lilitan. Gamar

2.1 adalah gambar dari kumparan satu lilitan yang disebut angker dinamo. Angker

dinamo adalah sebutan untuk komponen yang berputar diantara medan magnet.

Gambar 2.1. Motor DC Sederhana

Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar

konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor dapat dilihat pada

gambar 2.2 :

5

Gamabar 2.2. Medan Magnet yang Membawa Arus Mengelilingi Konduktor

Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis

fluks disekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan

jempol mengarah pada aliran arus, maka jari-jari kita akan membentuk arah garis

fluks. Gambar 2.2 yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena

bentuk U. Medan magnet hanya terjadi pada sebuah konduktor jika ada arus

mengaliri konduktor tersebut. Jika konduktor berbentuk U diletakkan antara kutub

utara dan kutub selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berintegrasi

dengan magnet kutub. Dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Reaksi Garis Fluks

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang

dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan

keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan

menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah

konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan

6

kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah

medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor.

Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat

tersebut.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya

2. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah

lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan

magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yg berlawanan

3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar

4. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk

memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan

magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut

kumparan medan

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan

menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah

tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun

sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet

disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai

tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat

pada gambar 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.4. Prinsip Dasar Motor DC

7

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara

sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang

disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang

dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.

2.3 Rangkaian Ekivalen Motor DC

Rangkaian ekivalen pada gambar 2.5 menunjukkan rangkaian jangkar

yang dipresentasikan oleh sumber tegangan ideal EA dan resistor RA. Jatuh

tegangan pada sikat dipresentasikan oleh baterai kecil Vbrush yang berlawanan arah

dengan aliran arus pada motor. Lilitan medan, yang menghasilkan fluks magnet

pada motor, dipresentasikan oleh induktor LF dan resistor RF. Resistor terpisah Radj

mempresentasikan resistor variabel di luar motor yang mengendalikan besarnya

arus yang mengalir pada rangkaian medan.

Terdapat beberapa macam penyederhanaan dari rangkaian ekivalen dasar

motor dc tersebut. Jatuh tegangan sikat biasanya sangat rendah bila dibandingkan

dengan tegangan yang dicatu kepada motor. Oleh karena itu, jatuh tegangan pada

sikat dapat diabaikan, atau dapat dianggap telah tercakup pada nilai tahanan RA.

Demikian pula dengan tahanan dalam rangkaian medan yang dapat digabungkan

dengan tahanan variabel, dan jumlahnya disebut RF.

Tegangan jangkar motor dapat dinyatakan dengan persamaan:

EA=Kϕω persamaan 2.1

Dimana:

EA = tegangan jangkar (V)

K = konstanta motor

Ф = fluks (W)

ω = kecepatan motor (rpm)

8

Gambar 2.5. Rangkaian Ekivalen Motor DC

Tegangan jangkar pada motor dc sebanding dengan fluks dan kecepatan

putaran motor. Dari persamaan 2.1 dapat diperoleh persamaan:

ω=EA ∕ Kϕ persamaan 2.2

Dari presamaan 2.2 diketahui bahwa pengaturan kecepatan putaran motor

dc dapat dilakukan dengan cara mengubah nilai tegangan dan fluks.

Adapun nilai torsi motor dc dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai

berikut:

T=Kϕ I A persamaan 2.3

Dimana:

T = Torsi motor (Nm)

K = konstanta motor

Ф = fluks (W)

IA = arus jangkar (A)

2.4 Jenis Motor DC

Merupakan suatu keunggulan dari motor dc memiliki karakteristik kerja

yang dapat diperoleh dari pemilihan metode penguatan kumparan medan. Lilitan

9

medan dapat diberi penguat secara terpisah dari sumber dc luar, atau dapat diberi

penguat-diri, yaitu motor dapat menyediakan catu untuk penguatannya sendiri.

Terdapat lima jenis utama motor dc yang sering digunakan berdasarkan

sumber penguat lilitan medannya:

2.4.1 Motor DC Penguatan Terpisah

Skema hubungan motor dc penguatan terpisah tampak pada gambar. Arus

medan yang dibuthkan hanya merupakan bagian yang sangat kecil dari arus

jangkar nilainya sekitar 1 sampai dengan 3 persen dari motor jenis lain. Motor

penguat terpisah digunakan pada beban relatif konstan dan tidak berubah secara

drastis.

Sejumlah kecil daya pada rangkaian medan dapat mengatur daya yang

relatif besar pada rangkaian jangkarnya. Motor dc penguatan terpisah sering

digunakan pada sistem pengaturan umpan balik jika diperlukan rentang

pengaturan kecepatan putaran motor yang lebar.

Saat beban pada poros motor bertambah, torsi beban Tload akan melebihi

nilai torsi induksi Tind pada motor, kemudian motor akan melambat. Saat motor

melambat, tegangan internal EA = KФω turun, sehingga nilai arus IA = (VT – EA) /

RA naik. Dengan naiknya nilai arus jangkar, maka torsi induksi pada motor akan

naik (Tind = KФIA), hingga pada akhirnya torsi induksi bernilai sama dengan torsi

beban pada kecepatan putaran motor ω yang lebih rendah.

2.4.2 Motor DC Shunt

Lilitan medan dari motor dc yang diberi penguatan diri dapat diberi catu

daya melalui tiga cara berbeda, yaitu secara shunt, seri, maupun gabungan shunt

dan seri yang disebut dengan sistem majemuk. Tegangan pada motor dc shunt

sedikit menurun dengan adanya penambahan beban, meskipun dalam banyak

aplikasi pemakaian hal ini masih dalam rentang toleransi.

Karakteristik keluaran motor dc shunt dapat diturunkan dari persamaan

torsi induksi dan tegangan motor, serta hukum tegangan kirchoff. Dengan Vτ

10

merupakan tegangan smber dalam volt, hukum tegangan kirchoff untuk motor dc

shunt adalah:

V τ=EA+ I A RA persamaan 2.4

Dimana:

Vτ = tegangan sumber (V)

EA = tegangan jangkar (V)

IA = arus jangkar (A)

RA = tahanan jangkar (ohm)

2.4.3 Motor DC Magnet Permanen

Motor dc magnet permanen adalah jenis motor dc yang kutub-kutubnya

terbuat dari magnet permanen. Jenis motor ini pada dasarnya adalah motor dc

shunt yang rangkaian medannya diganti dengan magnet permanen. Motor dc

magnet permanen sering digunakan pada aplikasi untuk beban yang relatif kecil,

karena strukturnya yang lebih sederhana.

Dari pengertiannya, fluks yang dihasilkan motor dc magnet permanen

bernilai konstan, oleh karena itu maka kecepatan motor tidak dapat dikendalikan

dengan mengubah arus medan atau fluks. Metode yang dapat digunakan dalam

pengaturan kecepatan motor dc magnet permanen adalah dengan cara mengubah-

ubah nilai tegangan jangkar dan tahanan jangkar.

2.4.4 Motor DC Seri

Arus medan pada motor dc seri besarnya sama dengan arus beban, bagitu

pula dengan fluks yang dihasilkan, sehingga nilainya sangat bergantung pada

perubahan beban. Dengan RS adalah tahanan seri dalam ohm, hubungan torsi-

kecepatan motor dc seri dinyatakan dengan:

ω=V τ√K

1T

−R A+RSK

persamaan2.5

11

Dari persamaan tersebut, dapat dilihat kelemahan motor dc seri, yaitu torsi

bernilai nol, maka kecepatan akan menjadi tidak terhingga, meskipun dalam

keadaan sebenarnya torsi tidak akan bernilai benar-benar nol, karena adanya rugi-

rugi mekanik, inti, dan lain-lain. Bagaimanapun, saat motor sedang dijalankan

dalam keadaan tanpa beban, kecepatan dapat bernilai cukup tinggi sehingga

menyebabkan kerusakan.

2.4.5 Motor Dc Majemuk

Motor dc majemuk merupakan penggabungan dua karakteristik dari motor

dc seri dan motor dc shunt, biasanya dihubungkan sedemikian rupa sehingga

lilitan seri membuat fluks tiap kutub bertambah besar sesuai bebannya,

mengakibatkan nilai tegangan yang relatif tetap.

Selain konfigurasi dasar seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, masih

terdapat beberapa kemungkinan yang ada jika ditambahkan seperangkat sikat

sehingga diperoleh tegangan lain dari komutator. Jadi pilihan pemakaian dari

sistem motor dc dan kemudahan pemasangan sistem pengaturan merupakan sifat-

sifatnya yang menonjol.

2.6 Pengasutan (Starting) Motor DC

Bila sebuah motor arus searah langsung dihubungkan dengan jaringan,

maka pada saat pertama itu tahanan balik yang dibangkitkan adalah nol,sehingga

tahanan angker yang kecil langsung dihadapkan pada tegangan jaringan yang

penuh. Arus yang dibangkitkan hanya ditentukan oleh koefisien dari tegangan

jepit dan tahanan dari angkernya. Maka arus hubungan pendek ini pada umumnya

bernilai tinggi sekali. Hal ini akan merusak belitan jangkar, komutator, dan sikat

arang. Agar arus starting kecil, maka ditambahkan tahanan awal pada rangkaian

jangkar. Setelah motor berputar sampai dicapai putaran nominalnya tahanan awal

tidak difungsikan lagi.

12

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Pelaksanaan

Penelitian ini dilakukan dilaboratorium Teknik Elektro Universitas Riau

yang mana ini merupakan penelitian mengenai starting motor arus searah dengan

menggunakan tahanan, kemudian penelitian akan dilakukan selama 3 bulan

setelah proposal ini di setujui. Dengan jadwal perencanaan penelitian sebagai

berikut :

No KegiatanMinggu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Kajian Literatur                        

2

Perancangan starting

motor arus searah

dengan menggunakan

tahanan                        

3 Pengujian alat                        

4

Pengambilan data dari

pengujian alat                        

5 Analisis data                        

6 Laporan akhir                        

3.2. Prosedur Penelitian

13

Pada penelitian ini akan dibuat sebuah alat untuk menstarting sebuah

motor dc dengan menggunakan tahanan untuk dapat dijadikan sarana dan

prasarana penunjang alat praktikum di laboratorium Teknik Elektro Universitas

Riau.

Penelitian ini akan di lakukan di laboratorium Teknik Elektro Universitas

Riau dengan metode perancangan alat starting motor dc dengan menggunakan

tahanan, kemudian akan dilakukan tinjauan pustaka serta komunikasi bersama

dosen yang terlibat untuk penunjang proses penulisan.

14