Perancangan Motor DC Penguat Terpisah

PERANCANGAN MESIN ELEKTRIK MOTOR DC PENGUAT TERPISAH (100 W ; 200 RPM ; 220 V)

AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

PERANCANGAN

MOTOR DC PENGUAT TERPISAH

Perancangan Motor DC Penguat Terpisah dengan spesifikasi

1. Daya (P) sebesar 100 watt

2. Putaran (n) 200 rpm (rps = 200/60 : 3.33 rps)

3. Tegangan terminal (Vt) 220 volt


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

I. PERANCANGAN DIMENSI UTAMA

Diameter Jangkar (D)

Dalam perancangan motor arus searah menurut Sawhney, nilai jangkar Pa = P. Namun nilai

jangkar pada motor dengan daya yang kecil yaitu dicari dengan cara : (efisiensi = 30%)

[

] [

]

Jumlah kutub (p) dipilih = 2. Perbandingan L / τ pada motor DC antara 0,7 - 0,9. Dipilih L / τ = 0,828

sehingga :

L / τ = 0,828

pD

L

/. = 0,828

L / D = 2

7,0.

L = 1,30 D

Berdasarkan tabel 8.1 (EMD, 469) maka didapatkan Bav = 0,15 Wb / m2.

Berdasarkan tabel 8.1 (EMD, 469) maka didapatkan ac = 10.000 Ak / m2

Koefisien Keluaran

32 10 acBavCo

= 32 101000015,0 xx

= 14,804 kW/m3-rps

Persamaan Daya

kW


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

D = 0,140 m

Panjang Inti

L = 1,3 x D

L = 1,3 x 0,148

L = 0,182 m

Kecepatan linier maksimum motor DC = 30 m/s (EMD, 505). Sehingga dapat dihitung diameter

maksimum jangkar.

Nilai Dmax : nDVa

m 867,23,33

30

max

n

VaD

Diameter jangkar hasil perhitungan lebih kecil dari diameter maksimum, maka diameter jangkar

hasil perhitungan dapat digunakan.

Kecepatan linier motor sebenarnya ; Va = π .D.n

= π x 0,140 x 3,33

= 1,4646 m/s

Penentuan Kutub

Kisar kutub : 219,02

14,0

p

Dm = 219 mm

Berdasarkan tabel 9.4 (EMD, 505) Kisar kutub maksimum pada jumlah kutub (p) = 2

adalah 240 mm


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

L , dimana antara 0,64 – 0,72 (EMD, 506)

Untuk perancangan mesin ini diambil = 0,68

Busur Kutub : m 0,148 0,68 0,219 b


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

II. PERANCANGAN JANGKAR

Lilitan Jangkar

- Arus Saluran (IL)

Pa x rpm = kW x 200 rpm

= 3,55 x 104 W.rpm

Pada nilai Pa rpm yang telah dihitung, maka melalui gambar 9.35 (EMD hal 521) dapat ditentukan:

- Arus Medan (If)

Pada gambar 9.35 (EMD hal 521) didapat bahwa prosentase arus medan adalah 2,0%, maka:

If = 2% x IL

= 2% x 1,515

If = 0,03 A

- Arus Jangkar (Ia)

Ia = IL – If

= A485,103,0515,1

- Tegangan Induksi Jangkar (E)

Karena tegangan terminal motor bernilai besar (terdiri dari 3 digit angka), maka tegangan jatuh

pada sikat diabaikan.

Sehingga nilai Tegangan Induksi Jangkar : E = 220 V

- Jenis Belitan Jangkar


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Tipe belitan yang digunakan adalah belitan gelung tunggal

- Jumlah Cabang (a)

a = p = 2

- Arus Pada Masing – Masing Cabang (Iz)

Menghitung Jumlah Konduktor

- Fluksi per Kutub (Ф)

Ф = Bav x τ x L

= 0,15 x 0,219 x 0,182

Ф = 59,787 x 10-4

Wb

- Jumlah Alur (S)

Kisar alur (Ys) standar untuk mesin DC = 25 s/d 35 mm. Untuk mesin yang sangat kecil bisa

menggunakan kisar alur kurang dari atau sama dengan 20. (EMD hal 524) Karena

, maka:

diambil jumlah alur ( S ) = 25

- Kisar Alur (Ys)


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Diameter Komutator (Dc)

Diameter komutator diperoleh antara 0,6 – 0,7 dari diameter jangkar. Dipilih diameter komutator =

0,68 dari diameter jangkar sehingga :

Diameter komutator : Dc = 0,68 x 140 = 95,2 mm

- Jumlah Lamel (C)

Kisar lamel motor DC menurut Shawney antara 4 – 6 mm

Jumlah lamel (C) : 4

2,95= 75 s/d

6

2,95= 50

Dipilih jumlah lamel yang merupakan kelipatan dari jumlah alur. Dipilih jumlah lamel (C) = 50

- Kesetangkupan Motor

Dengan menghitung kesetangkupan motor maka akan diketahui bahwa rancangan motor dapat

digunakan atau tidak. ( Pada perhitungan ini 2p = jumlah pasang kutub)

Syarat kesetangkupan :

1. 501

50

a

C

2. 251

25

a

S

3. 21

22

a

p

Dari perhitungan syarat kesetangkupan, ketiga syarat bernilai bilangan bulat sehingga rancangan

motor dapat digunakan.

U =

=

= 2

YG ≤ p

S

2


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

YG ≤ 2

25

YG ≤ 12,5 ( YG dipilih = 12 )

Y1 = 2UYG + 1

= 2.2.12 + 1

= 49

Y2 = 2Yc – Y1

= 2.1 – 49

= -47

021 360..pS

YY ( S = Jumlah sisi kumparan )

00 2,7360.1.25.2.2

4749

Kemudian gambar diagram potensial:

- Tegangan Satu Kumparan Jangkar (Ec)

Ec = 2,889/45.5 x 220

Ec = 13,96V

- Menghitung Jumlah Konduktor

Bgm =

x Bav

=

= 0, 225Wb/m2


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Jumlah Lilit Satu Kumparan (Tc)

Tc =

=

= 116,7 ≈ 117

- Jumlah Konduktor Untuk Tiap Alur (Zs)

: Zs = 2 x U x Tc

= 2 x 2 x 117 = 468

- Jumlah konduktor total

Z = 2 x Tc x C

= 2 x 117 x 50 = 11.700

KOREKSI

Ampere konduktor per alur = Iz x Zs = 0,7425 x 468 = 347,49 A

Sehingga masih dibawah batas yang diizinkan yaitu 1500 A.

Diameter Komutator (Dc)

Dc = 0,65 x 0,0952

= 0,061 m

Kisar Segmen Komutator (βc)


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Tabel 2.1. Daftar Belitan Gelung Tunggal

LAMEL SISI KUMPARAN LAMEL LAMEL SISI KUMPARAN LAMEL

1 1 50 2 26 51 100 27

2 3 52 3 27 53 2 28

3 5 54 4 28 55 4 29

4 7 56 5 29 57 6 30

5 9 58 6 30 59 8 31

6 11 60 7 31 61 10 32

7 13 62 8 32 63 12 33

8 15 64 9 33 65 14 34

9 17 66 10 34 67 16 35

10 19 68 11 35 69 18 36

11 21 70 12 36 71 20 37

12 23 72 13 37 73 22 38

13 25 74 14 38 75 24 39

14 27 76 15 39 77 26 40

15 29 78 16 40 79 28 41

16 31 80 17 41 81 30 42

17 33 82 18 42 83 32 43

18 35 84 19 43 85 34 44

19 37 86 20 44 87 36 45

20 39 88 21 45 89 38 46

21 41 90 22 46 91 40 47

22 43 92 23 47 93 42 48

23 45 94 24 48 95 44 49

24 47 96 25 49 97 46 50

25 49 98 26 50 99 48 1


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

III. PERANCANGAN ALUR

Kerapatan Arus Pada Konduktor (a)

Kerapatan arus pada konduktor 2 – 6 A/mm2, pada penentuan konduktor ini digunakan

a = 3 A/mm2.

Luas Konduktor

Mesin ini didesain dengan Tc = 117

Luas konduktor total : 2 2475,0

3

0,7425

Izmmak

Diameter konduktor diperoleh sebesar :

Karena diameter sudah sesuai dengan tabel 17.7 (EMD hal 892)

Sehingga luas tiap konduktor : ak = 0,43 mm2

Luas konduktor per alur : Zs x ak = 201,24 mm2

Luas Alur (as)

Luas masing-masing alur : as = f

s

S

akZ ( Sf adalah faktor permukaan. Dipilih sebesar 0,6 )

as = 4,3356,0

24,201 mm

2

mmd 56,04.2475,0


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Lebar Alur

Ys1/3 =

S

dsD )34(

=

25

48,52)34(140 = 8,87 mm

Lebar gigi pada 1/3 tinggi : Wt1/3 = 8,87 – 7,1 = 1,77 mm

Kerapatan fluksi pada 1/3 tinggi : Bt1/3 = 3

3/11 10

wtLS

p

= 183,21077,1182,02568,0

109787,523

3

Wb/m2.

Kerapatan fkusi pada daerah 1/3 bagian ketinggian gigi alur kurang dari 2,2 Wb/m2 sehingga

perancangan dapat digunakan.

Jarak Celah Udara

- Mmf Jangkar Per Kutub

ATa = p

ZIz

2

=

22

117007425,0

x = 2171,81 A

- Mmf Celah Udara (ATg)

mmf celah udara (ATg) diperoleh dari : mmf celah udara yang mana berkisar antara 0,5 - 0,7 dari

mmf jangkar (Sawney, 507) , dipilih 0,55 kali dari mmf jangkar sehingga : ATg = 0,55 x 2171,81 =

1194,5 A

Dipilih faktor kontraksi celah udara Kg = 1,15


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Jarak Celah Udara (lg)

lg = )800000( KgBgm

ATg

lg = 15,1225,0800000

5,1194

= 5,77 mm

Inti Jangkar

- Flux Inti Jangkar (c )

c = / 2

c = 5,9787 . 10-3

/ 2 = 2,98 . 10-3

Wb

Dengan membatasi kerapatan fluksi di inti jangkar 1,2 Wb/m2, maka

- Luas Inti Jangkar (Ac)

Ac = 2,1

1098,2 3 = 2,48 . 10

-3 m

2

- Tebal Inti Jangkar (dc)

dc = Li

Ac=

182,0

1048,2 3= 0,0136 m = 13,6 mm

Tebal inti jangkar yang dipakai dc = 14 mm

Sehingga luas penampang inti jangkar yang dipakai :

Ac = Li x dc = 0,182 x 0,014 = 2,54 . 10-3

m2


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Kerapatan Fluksi Pada Inti (βc)

βc = Ac

c = 1,17 Wb/m2

- Diameter Dalam Jangkar (Di)

Diameter Dalam Jangkar : Di = D – 2 ( ds + dc )

= 0,140 – 2(0,052 + 0,014 )

= 0,008 m = 8 mm


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

IV. PERANCANGAN ALUR

Bagian Kutub

- Koefisien Kebocoran Fluksi (Ci)

Koefisien kebocoran fluksi di kutub utama Cl berkisar 1,1 – 1,2 (Sawney, 176), untuk perancangan

dipilih Cl = 1,15. Sehingga fluksi pada bodi kutub : p = Cl x

= 1,15 x 5,9787 . 10-3

= 6,875 x 10-3

Wb

- Fluksi Pada Bodi Kutub

Kerapatan fluksi pada bodi kutub dipilih sebesar 1,5 Wb/m2

- Luas Bodi Kutub (Ap)

Ap = 5,1

p =

5,1

10875,6 3= 4,58 . 10

-3 m

2

- Panjang Aksial Bodi Kutub (Lp)

Panjang aksial bodi kutub sama dengan panjang inti jangkar L = Lp = 0,182 m

- Panjang Inti Bodi Kutub (Lpi)

Bila tidak digunakan ventilasi, maka panjang inti bodi kutub : Lpi = 0,9 x 0,182 = 0,163 m


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Lebar Bodi Kutub (bp)

bp = iLp

Ap=

163,0

10.58,4 3

= 0,028 m = 28 mm

Kumparan Medan

- Mmf Medan Beban Penuh (ATfl)

Pada saat beban penuh maka mmf medan antara (1,1 – 1,25) x mmf jangkar (Sawney, 540). Pada

perancangan dipilih nilai 1,1 x mmf jangkar sehingga : ATfl = 1,1 x 2171,81 = 2388,991A

Berdasarkan tabel 9.8 (Sawney, 541), nilai kedalaman kumparan medan (df) 24 mm dengan nilai

faktor ruang tembaga (Sf) 0,4 karena mesin yang dirancang menggunakan konduktor yang kecil.

Rugi yang dilepaskan 700 W/m2 (Sawney, 541),

- Mmf Per Meter Kumparan Medan

mmf per meter kumparan medan : = 104 x ff Sdlosses ..

= 104 x 4,0.024,0.700 = 25,922 . 10

3 A/m

- Tinggi Kumparan (hf)

Tinggi kumparan : hf = mmmf

AT fl

/ =

310.922,25

991,2388= 0,092 m = 92 mm

- Tinggi Sepatu Kutub (hs)

Tinggi sepatu kutub adalah (0,1 – 0,2) x tinggi kutub (Sawney, 541), pada perancangan dipilih 0,1 x

tinggi kutub sehingga tinggi sepatu kutub : hs = 0,19 x 92 = 17,48 mm


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Tinggi Penyekatan

Tinggi penyekatan adalah 0,1 – 0,15 (Sawney, 541), pada perancangan dipilih 0,1 = 0,1 x 0,219

= 0,0219 m = 21,9 mm

- Total Tinggi Kutub (hpl)

hpl = hf + hs + tinggi sekat = 92 + 17,48 + 21,9 = 131,38 mm

Yoke

- Fluksi Pada Yoke (y )

y = 0,5 5,9787 . 10-3

= 2,98 10-3

Wb.

- Kerapatan Fluksi Maksimum (By )

Kerapatan fluksi maksimum pada yoke yang dengan laminasi By = 1,5 Wb/m2

- Luas Yoke (Ay)

Ay = y

y

B

=

5,1

1098,2 3 = 1,98 10

-3 m

2

- Tebal Yoke (dy)

dy = pi

y

L

A=

163,0

1098,1 3 = 0,012 m

- Diameter Luar Yoke (Dy)

Dy = D + 2( lg +hpl + dy )

= 0,140 + 2(0,005+ 0,1313 + 0,012 )

= 0,436 m


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Rangkaian Magnetik

- Mmf Celah Udara

Rasio = g

s

l

w = 71,0

77,5

4,144

Diperoleh koefisien air gap carter (KCS) dari kurva 4.9 dengan melihat kurva alur setengah tertutup

(Sawney, 124) dengan metode regresi diperoleh KCS = 0,17

maka faktor kontraksi untuk celah udara ( KGS) :

KGS = SCS wKYs

Ys

= 144,417,059,17

17,59

= 1,04

Rasio = celahpanjang

ductlebar =

g

d

l

w =

77,5

5= 0,86

Diperoleh nilai KCD dengan metode regresi dari kurva 4.9 sebesar 0,18

Faktor kontraksi untuk duct (KGd) :

KGd = ddCd wnKL

L

= 5118,0182

182

= 1,004

- Faktor Kontraksi Celah (KG)

KG = KGS x KGd

= 1,04 x 1,004 = 1,04

Mmf pada celah udara : ATG = 800000 x 0,255 x 1,15 x 0,005 = 1173 A


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Mmf Pada Gigi (ATt)

Ks = 3/1

3/1

ti wL

YsL

= 11,886182,0

16,03182,0

= 1,34

Dengan melihat kurva 4.21 (Shawney, 141) dengan metode Bt1/3 diperoleh nilai kerapatan fluksi

pada gigi (att) sebesar 21.000 A/m.

Mmf pada gigi : ATT = att x ds = 20.000 x 0,0524 = 1048 A

- Mmf Pada Inti (ATC)

Fluks pada inti jangkar ( c) = 1,17 Wb/m2

, atc = 300 A/m

Panjang inti yang dilewati fluks : lc =

p

ddD cs

2

2

=

22

140,0 0,0524214,0

= 0,016 m

Mmf pada inti : ATc = atc x lc

= 300 x 0,016 = 4,995 A

- Mmf Pada Kutub (ATp)

Kerapatan fluksi pada kutub 1,5 Wb/m2 dan atp = 1000 A/m

ATp = atp x hpl

= 1000 x 0,131 = 131 A.


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Mmf Pada Yoke (ATy )

Kerapatan fluksi pada yoke By 1,5 Wb/m2 dan aty = 1000 A/m.

Panjang jalur fluksi didalam yoke : ly =

p

dD yy

2

=

22

0,012436,0

= 0,33 m

Mmf pada yoke : ATy = 1000 x 0,33 = 330 A

- Total Mmf Medan Saat Tanpa Beban (ATf)

ATf = ATG + ATT + ATc + ATp + ATy

= 1194,5 + 465 + 4,955 + 131 + 330

= 2125,455 A

Diasumsikan mmf medan beban penuh adalah 1,1 x mmf tanpa beban : ATfl = 1,1 x 2125,455

= 2338 A


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

V. PERANCANGAN BELITAN MEDAN

Pada perancangan ini belitan medan dan jangkar motor disusun paralel (shunt) dan masing-masing

belitan dicatu dengan sumber yang berbeda karena motor yang dirancang adalah motor penguatan

terpisah.

Pada perancangan ini, belitan medan disusun 80 % dari ruang belitan medan adalah medan shunt

dan 20% ruang belitan medan adalah medan seri (Kompon)

- Tegangan Yang Melintasi Belitan Medan (Ef)

Ef = 2

2208.08.0

p

V = 88 V

- Panjang rata-rata lilitan (Lmi)

Lmi = 2 x ( Lp + Bp + 2 x df )

= 2 x ( 182 + 28 + 2 x 24 )

= 516 mm = 0,516 m

Temperatur rata-rata konduktor ditentukan 750C, pada temperature tersebut resistivitas dari belitan

tembaga adalah 0,021 Ω/m/mm2 (Shawney,584)

- Luas konduktor (af) :

af =f

mifl

E

LAT

=88

516,0021,0 2338 = 0,287 mm

2


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Diameter konduktor (d)

287,04 = 0,60 mm

Berdasarkan tabel 17.7 (Sawney, 892), menggunakan konduktor dengan diameter 0,6 mm dengan

isolasi email ( fine covering ) maka nilai dimeter yang digunakan adalah d1 = 0,654 mm

- Luas Konduktor (af)

af = 4

2d

= 4

654,0 2 = 0,335 mm

2 = 0,335 x 10

-6 m

2

- Faktor Permukaan Yang Digunakan (Sf)

Sf =

2

1

75,0

d

d

=

2

654,0

6,075,0

= 0,631

- Jumlah lilitan pada kumparan medan (Tf)

Tf = f

fff

a

dhS

= 610335,0

240,0 920,0631,0

= 4158,94 ≈ 4159


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Resistansi Masing-Masing Lilitan (Rf)

Rf = f

mif

a

LT

= 335,0

516,0021,04159

= 134,52

- Arus Medan (If)

If = 52,134

88

f

f

R

E = 0,65 A

- Mmf Medan (Afl)

Afl = If x Tf

= 0,65 x 4159 = 2703,35 A

- Rugi Daya Pada Masing-Masing Kumparan (Qf)

Qf = ( If )2 x Rf

= 0,652 x 134,52 = 56,83 W

- Permukaan Pendinginan (Sc)

Sc = 2 x Lmi ( df + hf )

= 2 x 0,516 ( 0,024 + 0,092 )

= 0,1197 m2

Berdasarkan tabel 3.6 ( Sawney, 111 ), maka koefisen pendinginan yang digunakan C :

C = aV 1,01

1197,0

= 1,46461,01

1197,0

= 0,104


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Kenaikan suhu ( )

= c

f

S

CQ

= 1197,0

104,083,56 = 49,37

oC


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

V. PERANCANGAN KOMUTATOR

- Kecepatan linier komutator (vc)

vc = x Dc x n

= x 0,014 x 3,33

= 0,146 m/s

- Sikat

Pada perancangan sikat yang digunakan adalah jenis electrographitic yang mempunyai

kerapatan arus maksimal (a ) sebesar 100 x 10-3

A/mm2

. Arus maksimum yang diijinkan pada

masing-masing sikat adalah sebesar 70 A. Jumlah sikat yang digunakan (nb) adalah 2 buah.

- Arus pada masing – masing sikat ( )

- Luas masing – masing sikat (ab)

- Ketebalan sikat (tb)

Sikat akan menutupi paliing tidak 1 kali lebar lamel, sehingga:

tb = 1 x c

= 1 x 3

tb = 3 mm

- Lebar tiap sikat (wb)


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Luas tiap sikat yang digunakan (ab)

ab = wb x tb

= 2,475 x 3

= 7,425 mm2

ab = 7,425 x 10-6

m2

- Luas sikat pada masing-masing brush arm ( Ab ):

Ab = nb x ab

= 2 x 7,425 x 10-6

Ab = 14,85 x 10-6

m2

Pada perancangan ini, ditentukan nilai-nilai sebagai berikut :

clearance diantara sikat ( cb ) = 5 mm

staggering (c1 ) = 10 mm

end play (c2), = 10 mm

Tekanan pada sikat (Pb) = 12,5 kN/m2

Koefisien gesek ( ) = 0,15

- Panjang komutator tanpa rise (Lc)

Lc = nb x (wb + cb ) + c1 + c2

= 2 x ( + 5 ) + 10 +10

Lc = 34,95 mm

- Panjang komutator dengan menggunakan riser (Lci)

Lci = 34,95 + 20

= 54,95 mm

Sesuai dengan buku EMD hal 570 tegangan drop pada sikat sebesar 1 V.


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Rugi daya kontak sikat ( Pbc )

Pbc = a xv x Ia

= 2 x 1 x

Pbc = 2,97 W

- Rugi daya akibat gesekan pada sikat ( Pbf )

Pbf = x Pb x Ab x vc

= 0,15 x 12,5 x 103 x 14,85 x 10

-4 x 0,146

= 0,4 W

- Total rugi daya pada komutator

2,97 + 0,4= 3,37 W

- Luas permukaan komutator

x Dc x Lc = x 0,014 x 0,016

= 0,0007 m2

Berdasarkan tabel 3.6 koefisien pendinginan untuk komutator digunakan :

- Kenaikan temperatur (θ)

∑


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

PERANCANGAN INTERPOLE

- Lebar daerah komutasi (wc)

wc =

c

bcD

Dtt

p

au1

2

2

=

14

140317,1

2

2

2

4

= 41,7 mm

Panjang celah udara dibawah interpole biasanya 1 – 2 kali panjang celah udara dibawah kutub

utama (Shawney, 585), dimana untuk perancangan mesin ini panjang celah udara dibawah interpole

( lgi ) ditentukan 1,2 kali panjang celah udara dibawah kutub utama ( lg ), sehingga :

lgi = 1,2 x lg

= 1,2 x 0,41 mm= 0,49 mm

- Spesific slot permeance (s)

s =

oosss w

h

ww

h

w

h

w

h 43210

2

3

= 4 x 10-7

x

6,3

39,7

6,31,7

61,42

1,7

58,18

1,73

78,21

=8,23 x 10 –6

(Dikutip dari Shawney, 157)

- Spesific permeance gigi bagian atas ( t )

Lebar interpol harus 1,5 kali atau lebih dari kisar alur, dimana Ys = 17,59 mm. Sehingga lebar

Interpol :


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

wip = 1,5 x 17,59 = 26,38 mm

t = gi

ipo

l

w

6

=49,06

38,26104 7

= 11,12 x 10-6

- Panjang outhang (l0)( Sawney, 585 )

Outhang l0 = 0,3 + 0,0125 ds

= ( 0,3 x 0,219 ) + ( 0,0125 x 52 x10-3

)

= 0,066 m

- Panjang overhang satu sisi kumparan ( Lo )

Lo = 2

0

2

2l

= 2

2

066,02

052,0

= 0,070 m

- Keliling satu sisi kumparan (bo)

bo = 2 x ( 262,08 + 5,6 ) = 267,68 mm

- Permeance spesific overhang ( o )

o = 61007,0log23,0

o

oo

B

L

L

L

= 61007,002676,0

07,0log23,0

182,0

07,0

= 0,036 x 10 –6


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Total spesific permeance ( )

= s + t + o = ( 8,23+ 11,12 + 0,036 ) 10-6

= 19,386 x 10-6

- Waktu komutasi ( c )

c =

c

bc

v

IIp

au

1

2

2

=

146,0

317,12

2

2

6

= 36,57 ms

- Tegangan reaktansi rata-rata (Erav)

Erav = c

sZc ZILT

4

= 3

7

1057,36

4687425,0182,01041174

= 1,01 V

- Kerapatan Fluksi Maksimal dibawah Interpole ( Bgim )

Bgim = a

rm

vL

E

, dimana Erm 1,3 V (Shawney, 586)

= 4,1182,0

3,1

= 5,1 Wb/m

2


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Mmf Celah Udara dibawah Interpol ( ATgi )

Panjang axial Interpol sama dengan panjang axial kutub, sedangkan panjang celah udara dibawah

Interpol lebih besar dibanding dengan dibawah kutup utama, sehingga factor kontraksi celah udara

untuk Interpol ( kgi ) lebih kecil dibanding factor kontraksi celah udara dibawah kutup( kg ), yakni

0,18

ATgi = 800000 x Bgim x kgi x lgi

= 800000 x 5,1 x 1,0 x 0,49 x 10-3

= 1999,2 A

- Mmf Jangkar per Kutub ( ATa )

ATa = p

ZI z

2

= 22

117007425,0

= 2171,8 A

- Mmf Total Interpole ( ATi )

ATi = 1999,2 + 2171,8 = 4171 A

- Jumlah Lilitan Masing-Masing Interpol ( Ti )

Ti = a

i

I

AT =

51,1

4171 = 8179


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Jenis Konduktor

Kerapatan arus pada interpole antara 2,5 – 4 A/mm2, dimana pada perancangan mesin ini digunakan

= 3 A/mm2. Sehingga luas konduktor untuk lilitan Interpol ( ai ) :

ai =

aI =

3

51,1 = 0,503 mm

2

Berdasarkan tabel 17.2 (Sawney, 887) maka digunakan konduktor dengan luas 0,503 mm2 dengan

dimensi 0,9 x 0,9 mm.


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

VI. RUGI – RUGI DAN EFISIENSI

Rugi gesekan dan angin ( Pbf )

Rugi gesekan pada sikat ( Pbf ) pada perhitungan sebelumnya didapatkan 0,4 W. Bila kita

melihat tabel 9.11, akan didapati bahwa rugi gesekan pada bearing dan rugi angin adalah

sebesar 0,2 % dari daya keluaran.

Maka didapatkan total rugi daya akibat gesekan dan angin = 0,4 + 0,2

= 0,6 W

Rugi besi

- Rugi Besi Pada Gigi

( )

( )

Berat gigi jangkar = S x L x lebar rata-rata gigi x ds x 7800

= 25 x 0,182 x 0,025 x 0,052 x 7800

= 4,61 kg

Rugi besi spesifik pada gigi: (untuk Bt1/3 =0,58 Wb/m2

dan laminasi 0,3)

= ( 0,06 x f x Bm2 ) + ( 0,008 x f

2 x Bm

2 x t

2 )

= ( 0,06 x 3,33 x 0,732)+ (0,008 x33,33

2 x 0,73

2 x 0,3

2 )

= 1,49 W/kg

Sehingga total rugi besi pada gigi= 4,61 x 1,49

= 6,86 W


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

- Rugi Besi Pada Inti

Berat inti jangkar = x ( D - 2 x ds – dc ) x Li x dc x 7800

= x (0,14 – 2 x 0,052 –0,014) x x 0,052 x 7800

= 5,1 kg

Rugi besi spesifik pada inti = ( 0,06 x f x Bm2 ) + ( 0,005 x f

2 x Bm

2 x t

2 )

= (0,06 x 3,33 x 0,2252) + (0,005 x 3,33

2 x 0,225

2x 0,3

2)

= 0,01 W/ kg

Sehingga total rugi besi pada inti = 5,1x 0,01

= 0,051 W

- Rugi Besi Total = 6,86 + 0,051

= 6,91 W

Akibat adanya ripel pada bentuk gelombang suplay motor maka terjadi tambahan rugi

daya sebesar 20 – 50 %. Pada perancangan ini nilainya diasumsikan sebesar 40 %, maka

nilai rugi besi berubah menjadi :

= 1,4 x 6,91

= 9,74 W

Rugi Tembaga

- Rugi tembaga jangkar

Panjang rata-rata lilitan jangkar = 2L + 2,3τ + 5 ds

= (2 x 0,182) + (2,3 x 0,219) + (5 x 0,052)

= 1,12 m

- Tahanan jangkar (Ra)


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Sehingga total rugi tembaga jangkar = Ia2 x Ra

= (1,485)2 x 0,27

= 0,59

- Rugi tembaga pada medan shunt

Rugi tembaga shunt = If2 x Rf

= 0,032 x 134,52

= 0,12 W

- Rugi daya kontak sikat (Pbc)

Pbc = a x Ia x E

= 2 x 1,485 x 1

= 2,97 W

- Total rugi daya pada mesin (Σ Plosses)

Rugi tembaga jangkar : 0,59 W

Rugi tembaga medan shunt : 0,12 W

Rugi kontak sikat : 2,97 W

Rugi besi : 6,91 W

Rugi gesekan dan angin : 0,6 W

Total : 11,19 W

- Input mesin (Pin)

Pin = Pout + Plosses

= 100+ 11,19

Pin = 111,19 W

- Efisiensi beban penuh (ηbp)

∑


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

VII. KENAIKAN TEMPERATUR JANGKAR

Berdasarkan tabel 3.6 (EMD, 111) maka:

Permukaan silinder bagian luar

- Luas = π x D x L

= π x 0,14 x 0,182

= 0,08 m2

- Koefisien pendinginan

- Rugi daya yang dilepaskan =

Permukaan silinder bagian dalam

- Luas = π x Di x L

= π x 0,008 x 0,182

= 0,0004 m2

- Kecepatan linier pada diameter dalam (Vsi)

Vai = x Di x n

= x 0,0008 x 3,33

= 0,008 m/s

- Koefisien pendinginan =


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)


Permukaan pada ventilasi duct dan pada dua ujungnya

- Luas =

(

)

( )

- Kecepatan udara di dalam duct adalah 10% dari kecepatan linier jangkar, sehingga:

Kecepatan udara dalam duct =0,1 x

= 0,146 m/s

- Koefisien pendinginan =


Sehingga total rugi daya yang dilepaskan = 4 + 0,05 + 0,46

= 4,51 W/oC

- Total rugi – rugi yang dilepaskan :

= Rugi tembaga pada bagian yang aktif + Rugi besi

- Sehingga didapatkan total kenaikan temperatur jangkar =


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

LEMBAR PERANCANGAN

Data Mesin yang Dirancang

Jenis Mesin yang Dirancang Motor DC Penguat Terpisah

Daya P 100 W

Putaran n 200 rpm

Tegangan Terminal Vt 220 V

Dimensi Utama

Daya Jangkar Pa 177 W

Kecepatan Linier Va 1,464 m/s

Diameter Jangkar D 140 mm

Panjang Jangkar L 182 mm

Jumlah Kutub p 2

Kisar Kutub τ 219 mm

Busur Kutub b 148 mm

Panjang Inti Li 182 mm

Jangkar

Arus Saluran IL 1,515 A

Arus Medan If 0,03 A

Arus Jangkar Ia 1,485 A

Tegangan Induksi Jangkar E 220 V

Jumlah Cabang Belitan a 2

Jumlah Alur S 25

Kisar Alur Ys mm

Jumlah Sisi Kumparan U 2

Jumlah Lamel C 50

Jumlah Lilitan Tc 117

Jumlah Konduktor Jangkar Z 11700

Jumlah Konduktor per Alur Zs 468

Fluksi per Kutub Ф 59,787 x 10-4

Wb


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Ampere Konduktor per Alur Iz * Zs 347,49 Ak

Diameter Komutator Dc 95,2 mm

Tegangan Satu Kumparan

Jangkar

Ec 13,96 V

Alur

Luas Konduktor Total ac mm2

Luas per Konduktor ak 0,43 mm2

Diameter Konduktor d 0,56 mm

Luas Masing – Masing Alur as mm2

Kisar Alur Pada 1/3 Tinggi Ys1/3 8,87 mm

Lebar Gigi Pada 1/3 Tinggi Wt1/3 1,77 mm

Kerapatan Fluksi Pada 1/3 Tinggi Bt1/3 2,183 Wb/m2

Mmf Jangkar per Kutub ATa 2171,81 A

Mmf Celah Udara ATg 1194,5 A

Faktor Kontraksi Celah Udara Kg 1,15

Fluks Inti Jangkar c 2,98 . 10

-3 Wb

Luas Inti Jangkar Ac 2,48 . 10-3

m2

Kerapatan Fluksi Pada Inti βc 1,17 Wb/m2

Jarak Celah Udara lg mm

Tebal Inti Jangkar yang Dipakai dc 14 mm

Diameter Dalam Jangkar Di 8 mm

Medan

a. Bagian Kutub

Koefisien Kebocoran Fluksi Ci 1,15

Fluksi Pada Bodi Kutub p 6,875 x 10-3

Wb

Kerapatan Fluksi Pada Bodi Kutub Bp 1,5 Wb/m2

Luas Bodi Kutub Ap 4,58 . 10-3

m2

Panjang Aksial Bodi Kutub Lp 182 mm

Panjang Inti Bodi Kutub Lpi 163 mm

Lebar Bodi Kutub bp mm


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

b. Kumparan Medan

Mmf Medan Beban Penuh ATfl 2388,991A

Tinggi Kumparan hf 92mm

Tinggi Sepatu Kutub hs 17,48 mm

Total Tinggi Kutub hpl 131,38 mm

Yoke

Fluksi Pada Yoke y 2,98 10-3

Wb.

Kerapatan Fluksi Maksimum By 1,5 Wb/m2

Luas Yoke Ay 1,98 10-3

m2

Tebal Yoke dy 12 mm

Diameter Luar Yoke Dy 436 mm

c. Rangkaian Magnetik

Faktor Kontraksi untuk Celah Udara KGS 1,04

Faktor Kontraksi Untuk Duct KGd 1,004

Faktor Kontraksi Celah KG 1,04

Mmf Pada Celah Udara ATG 1173 A

Mmf Pada Gigi ATt 1048 A

Mmf Pada Inti ATC 4,995 A

Mmf Pada Kutub ATp 131 A

Mmf Pada Yoke (ATy ) 330 A

Total Mmf Medan Saat Tanpa Beban (ATf) 2125,455 A

Belitan Medan

Tegangan Yang Melintasi Belitan Medan (Ef) 88 V

Panjang Rata-Rata Lilitan (Lmi) 516 mm

Luas Konduktor (af) 0,287 mm2

Diameter konduktor (d) 0,60 mm

Diameter Konduktor (fine covering) d1 0,654 mm

Luas Konduktor (af) 0,335 x 10-6

m2

Faktor Permukaan Yang Digunakan Sf 0,631

Jumlah lilitan pada kumparan medan Tf 4159

Resistansi Masing-Masing Lilitan Rf 134,52


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Arus Medan If 0,65 A

Mmf Medan Afl 2703,35 A

Rugi Daya Pada Masing-Masing

Kumparan

Qf 56,83 W

Permukaan Pendinginan Sc 0,1197 m2

Kenaikan suhu 49,37 oC

Komutator

Kecepatan linier komutator vc 0,146 m/s

a. Sikat

Arus pada masing – masing sikat

Luas masing – masing sikat ab

Ketebalan sikat tb 3 mm

Lebar tiap sikat wb

Luas tiap sikat yang digunakan ab 7,425 x 10

-6 m

2

Luas Sikat Pada Masing-Masing Brush Arm Ab 14,85 x 10

-6 m

2

Clearance Diantara Sikat cb 5 mm

Staggering c1 10 mm

End Play c2 10 mm

Tekanan Pada Sikat Pb 12,5 kN/m2

Koefisien Gesek 0,15

Panjang Komutator Tanpa Rise Lc 34,95 mm

Panjang Komutator Dengan Menggunakan Riser Lci 54,95 mm

Rugi Daya Kontak Sikat Pbc 2,97 W

Rugi Daya Akibat Gesekan Pada Sikat Pbf 0,4 W

Total Rugi Daya Pada Komutator 3,37 W


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Luas Permukaan Komutator 0,0007 m

2

Koefisien Pendinginan Untuk Komutator C

Kenaikan Temperatur θ

Interpole

Lebar Daerah Komutasi wc 41,7 mm

Panjang Celah Udara di Bawah Interpole lgi 0,49 mm

Specific Slot Permeance s 8,23 x 10 –6

Lebar Interpol wip 26,38

Specific Permeance Gigi Bagian Atas t 11,12 x 10-6

Panjang Outhang l0 66 mm

Panjang Outhang Satu Sisi Kumparan Lo 70 mm

Keliling Satu Sisi Kumparan bo 267,68 mm

Permeance Specific Overhang o 0,036 x 10 –6

Total Specific Permeance 19,386 x 10-6

Waktu Komutasi c 36,57 ms

Tegangan Reaktansi Rata-Rata Erav 1,01 V

Kerapatan Fluksi Maksimal dibawah Interpole Bgim 5,1 Wb/m2

Mmf Celah Udara dibawah Interpol ATgi 1999,2 A

Mmf Total Interpole ATi 4171 A

Jumlah Lilitan Masing-Masing Interpol Ti 8179

Kerapatan Arus pada Interpol 3 A/mm2

Luas Konduktor untuk Lilitan Interpol ai 0,503 mm2

Rugi – Rugi dan Efisiensi

Rugi Gesekan dan Angin 0,6 W

Rugi Besi pada Gigi 6,86 W

Rugi Besi Inti 0,051 W

Rugi Besi Total 9,74 W


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

Rugi Tembaga Jangkar 0,59 W

Rugi Tembaga pada Medan Shunt 0,12 W

Rugi Tembaga Lilitan Interpole 2,97 W

Rugi Daya Kontak Sikat 2,97 W

Total Rugi Mesin 11,19 W

Daya Input Mesin 111,19 W

Efisiensi Beban Penuh 89,9 %

Kenaikan Temperatur Jangkar

a. Permukaan Silinder Bagian Luar

Luas 0,08 m2

Koefisien Pendinginan

Rugi Daya yang Dilepaskan

b. Permukaan Silinder Bagian Dalam

Luas 0,0004 m2

Kecepatan Linier pada Diameter Dalam 0,008 m/s



c. Permukaan Ventilasi Duct dan Ujungnya

Luas

Kecepatan Udara di Dalam Duct 0,146 m/s



Total Rugi Daya yang Dilepaskan 4,51 W/oC

Total Rugi-Rugi yang Dilepaskan

Total Kenaikan Temperatur Jangkar


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

LAMPIRAN GAMBAR

MOTOR DC

PENGUAT TERPISAH


AJI RIZKY HAKIM (115060300111014)

1. Gambar Diagram Potensial