LAPORAN PRAKTIK LISTRIK DAN ELEKTRONIKA MESIN

MOTOR DC PENGUAT TERPISAH

Diajukan Sebagai Tugas Mata KuliahLISTRIK DAN ELEKTRONIKA MESIN

DISUSUN OLEH :

Muhammad Bilal Rhakaputra NIM : 3211110020

5G – PRODUKSI

BIDANG STUDI TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2013

1.TUJUAN

Dalam percobaan ini , diharapkan praktikan dapat:

- Mengoperasikan motor DC jenis penguat terpisah

- Menjelaskan prinsip kerja motor DC

- Menjelaskan pengamatan tentang karakteristik motor DC

2.PENDAHULUAN

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama :

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

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 yang

berlawanan.

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan.

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. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud

dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan

kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:

Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan

kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan

adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan

operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque

bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan

berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah

peralatan-peralatan mesin.

Gambar 1 Prinsip Dasar dari Kerja Motor Listrik

Jenis-jenis Motor Listrik

Motor listrik dapat dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme

operainya. Berikut adalah klasifikasi jenis utama motor listrik.

Gambar 2 Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik

Motor DC / Arus Searah

Motor DC merupakan motor listrik yang dapat mengubah daya masukan litrik arus searah

menjadi daya keluar mekanik. Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus

langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan

khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran

kecepatan yang luas.

Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan

kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor

arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor

arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih banyak digunakan pada pabrik-pabrik yang

mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.

Gambar 5 Motor DC dan komponen

Tiga Komponen Utama Motor DC

1.                  Kutub medan

Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran

pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan

bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan:

kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-

kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau

lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai

penyedia struktur medan.

2.                  Dinamo

Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang

berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor

DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai

kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk

merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

3.                  Komutator

Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan

arah arus listrik dalam dinamo. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo

dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi

kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan

• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk

beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti

peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik

mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di

area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga

relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan

dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya elektromagnetik :           E = KΦN

Torsi :                                      T = KΦI Nm

Dimana:

E     = gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)

Φ     =  flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N     = kecepatan dalam RPM

T     =  torsi     elektromagnetik

I      = arus dinamo

K     = konstanta persamaan

Sebuah motor DC terdiri dari gilungan kawat (coil) yang berputar pada medan Magnet . Arus

pada coil dialurkan melalui brush yang kontak langsung dengan split ring. Coil berada pada

medan magnet tetap, dan gaya yang dikeluarkan oleh arus pada kawat menghasilkan torsi pada

coil.

Gaya F pawa kawat dengan panjang L membawa arus listrik i pada medan magnet B adalah iLB

dikali dengan sinus sudut antara B dan i. Arah dari gaya F mengikuti prinsip tangan kanan

seperti diperlihatkan pada. Gaya yang diperlihatkan memiliki besaran yang sama namun dengan

arah yang berbeda, sehingga gaya-gaya tersebut menghasilkan torsi.

Motor DC dalam sebuah proses produksi banyak digunakan sebagai alat produksi. Dengan

fungsinya sebagai salah satu alat produksi, maka motor DC sangat perlu diamati stabilitasnya.

Salah satu langkah untuk mengamati stabilitas motor adalah mengamati kecepatan motor.Untuk

mengamati kecepatan motor, dapat digunakan metode telemetri, yaitu metode pengukuran

kecepatan motor jarak jauh. Dengan metode ini tidak perlu berdekatan dengan motor untuk

mengetahui kecepatan motor. Dengan gelombang radio, dapat digunakan sebagai media untuk

mentransmisikan kecepatan motor. Sehingga kecepatan motor dapat diketahui di tempat lain

tanpa menggunakan kabel.

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited

Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya

terpisah/separately excited.

b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan

gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam

jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

            Gambar 6 Karakteristik Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):

• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah

kecepatannya berkurang, lihat Gambar 6) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial

dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.

• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan

dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan

bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan

dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 7. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus

dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor dc seri :

-       Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.

-       Harus dihindarkan menjalankan motor dc seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat

tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi,

seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 7).

   Gambar 7 Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC Kompon/Gabungan.

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan

medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti

yang ditunjukkan dalam gambar 8. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal

yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase

gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang

dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok

untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak

cocok.

        Gambar 8 Karakteristik Motor DC Kompon.

Mesin DC yang akan kita praktekkan adalah motor DC jenis penguat terpisah. Lihat gambar

rangkaians. Karakteristik motor yang diamati dalam keadaaan tanpa beban ialah :

Arus penguatan fungsi putaran motro if=f(n);

Tegangan motor fungsi putaran motor V=f(n).

3. DAFTAR PERALATAN

1. Motor DC

2. Tachometer

3. Voltmeter (u1), 1 buah

4. Ampermeter (A), 2 buah

5. Kabel penghubung

4. LANGKAH KERJA

Untuk karakteristik n=f(v) , If = konstan

1. Masukkan saklar untuk penguat medan, atur sampai mencapai 0,3A konstan

2. Masukkan saklar untuk tegangan motor dari 30 V sampai 330 V. lakukan secara bertahap

3. Catat data, masukkan dalam tabel 1.

4. Matikan motor, dengan menurunkan tegangan terlebih dahulu

5. Matikan saklar untuk penguat medan

6. Ulangi percobaan yang di atas dengan mengganti penguat medan menjadi 0,34A konstan.

Untuk karakteristik If=f(n)

1. Catat ‘name plate’ mesin DC

2. Rangkaikan sesuai dengan diagram rangkaian

3. Masukkan saklar untuk suplai arus medan, pengaturan dari 0,34A – 0,1A. lakukan secara

bertahap

4. Masukkan saklar untuk suplai tegangan dan atur untuk nilai 150 V tetap

5. Masukkan data yang diperoleh pada tabel 2 yang telah dibuat

6. Matikan motor dengan jalan turunkan tegangan motor sampai nol

7. Matikan saklar untuk penguat medan

8. Lakukan percobaan yang sama dengan mengganti suplai tegangan 210V tetap.

5. DATA HASIL PERCOBAAN

Tabel 1

n = f(v) , If = konstan

v If1 = 0 ,30 [A]If2 = 0,34

[A]n [rpm] n [rpm]

0    30 256,2 255,860 552,3 36190 987 824,1120 1134 935,1150 1425 1374180 1700 1643210 1990 1915240 2265 2198270 2555 2460300 2852 2753330 3123 3010

Tabel 2

n = f(If) , V = konstan

IfV1 = 150 [V] V2 = 210 [V]

n [rpm] n [rpm]0,34 1384 19090,3 1416 19570,25 1487 20670,2 1622 22420,15 1904 26580,1 2574 3641

6.TUGAS

1. Mengapa pada saat menjalankan motor dc penguat terpisah ini langkah pertama harus

memberi penguatan medan lebih dahulu ?

Jawab :

Agar pada saat motor berputar arus listrik yang keluar atau muncul pada daerah medan

magnet tidak besar karena sesungguhnya medan magnet berbanding terbalik dengan arus

listrik sehingga dilakukanlah penguatan medan magnet terlebih dahulu. Hal ini sesuai

dengan rumus gaya Lorentz yakni

F = L I x B

Dimana,

F = gaya Lorentz

L = panjang kawat listrik yang dialiri arus listrik

I = arus listrik

B = medan magnet

2. Analisa hasil percobaan :

Jawab :

Pada tabel 1

Dimana pada percobaan pertama ini ditentukan bahwa n (putaran) sama dengan fungsi

dari V sedangkan If nya sama dengan konstan. Hal ini membuktikan jelas bahwa ketika V

(tegangan) dinaikkan maka n (putaran) semakin besar atau semakin cepat memutar. Dan

begitu pula sebaliknya.

Hal ini sesuai dengan rumus :

Pada tabel 2

Pada percobaan kedua ini ditentukan bahwa n (putaran) sama dengan fungsi dari If dan V

sama dengan konstan. Disini perbandingan terlihat jelas pada If dan n. perbandingannya

adalah ketika If dikecilkan maka yang terjadi pada putaran (n) adalah semakin cepat

memutar. Begitu pula sebaliknya. Hal ini pun sesuai dengan rumus yang sama yakni :

3. Beri kesimpulan lengkap !

Jawab :

Kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan disini adalah bahwa tegangan (V)

berbanding lurus dengan putaran (N), sedangkan arus (I) berbanding terbalik dengan

putaran (N). Jadi teori atau rumus dengan prakteknya selaras atau cocok.