modulmotor dc

5/8/2018 ModulMotor DC - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/modulmotor-dc 1/11

Modul_5223-118-3

Motor Arus Searah

Setelah mempelajari modul ini, mahasiswa dapat :

Menjelaskan prinsip kerja motor arus searah

Menganalisis konstruksi dan diagram motor arus searah.

Membedakan jenis-jenis motor arus searah.

Menganalisis karakteristik motor arus searah.

Menghitung Efisiensi dan rugi-rugi motor arus searah

Mengoperasikan motor arus searah

I. MATERI1. Pendahuluan.

otor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi

mekanis. Motor arus searah di sebut juga motor dc (direct current ).

Mesin arus searah pada dasarnya sama dengan mesin arus bolak balik,

perbedaannya pada mesin arus searah mempunyai suatu komutator.

Konstruksi motor dc sangat mirip dengan generator dc. Kenyataannya mesinarus searah dapat berfungsi sebagai motor maupun sebagai generator.

M

Prinsip dari motor dc adalah :

Apabila suatu penghantar yang membawa arus listrik di dalam suatu

medan magnet, maka akan timbul gaya mekanik yang mempunyai arah

sesuai dengan hukum tangan kiri dan besarnya adalah F = B I L

Newton.

Modul Ajar “Motor Arus Searah” 1



Ra

EaV Ia

−=

Ra IaV Ea .−=

Modul_5223-118-3

Konstruksi motor dc sama dengan generator dc, disini berlaku hubungan

hubungan :

perlawanan ggl dapat dinyatakan dengan persamaan :

(1)

dan arus jangkar dinyatakan :

(2)

2. Hubungan Antara Torsi dan gaya.Sebuah kumparan lilitan tunggal menghasilkan arus dalam medan

magnit, ditunjukkan dalam gambar 3a. Menurut persamaan (2) dan aturan

tangan kiri, gaya orthogonal F1 terjadi dalam kumparan sisi 1, dan juga gaya f 2

berada dalam kumparan sisi 2, lihat gambar 3b.

Gaya f 1 dan f 2 direncanakan untuk menghasilkan struktur rotasi jarum jam

yang membantu penghantar berputar pada pusat putaran.

Torsi didefinisikan penekanan kopling mekanik (gaya dan jarak

radialnya pada putaran poros) untuk menghasilkan putaran. Ini dinyatakan

dalam satuan gaya dan jarak, yaitu : lb.ft, g.cm, ounce-inches, dikenal dari

usaha, dinyatakan dalam ft.lb, cm.g.


V

Ia+

_

Gambar 2. Rangkaian Motor DC

EaV

Ia

V

Ra

V



Modul_5223-118-3

Hubungan antara gaya pada sebuah konduktor dan hasil atau arah torsi

diperlihatkan pada gambar 3.

a. Arus dalam medan magnit pada kumparan tunggal

b. Gaya pada F1 dan F2.

Gambar 3. Torsi yang dihasilkan dalam lilitan

Bentuk gerakan torsi diatas ditunjukkan pada gambar 3b. yaitu hasil

penjumlahan dari f 1r dan f 2r, ini total penjumlahan gerakan torsi yang

dihasilkan oleh penghantar tunggal yang membentang untuk menghasilkan




Modul_5223-118-3

rotasi. Dapat dituliskan bahwa pada gaya f 1 dan f 2 adalah sana besarnya

selama keduanya dalam medan gaya magnet yang sama dan membawa arus

yang sama. Hal ini untuk mengembangkan gaya-gaya beberapa konduktor

pembawa arus yang sama dalam medan magnit yang serupa, tetapi

pengembangan torsi adalah tidak sama untuk beberapa konduktor.Jangkar dan medan motor dua kutub ditunjukkan pada gambar 3.

penghantar pembawa arus dalam arah sama berkembang gaya yang sama.

Hal ini sama sebab keduanya membawa arus yang sama dan tegak lurus

dalam medan yang sama. Torsi didefinisikan sebagai hasil gaya dan jarak

garis tegak lurus dari poros, kita dapat melihat komponen yang digunakan

pada pengembangan gaya yaitu f, atau :

f = F sin θ Newton (3)

dimana F adalah pengembangan gaya pada penghantar dan kegunaan gaya

tangensial f untuk keliling jangkar.

Untuk pengembangan torsi oleh konduktor T, pada permukaan jangkar biasa

dituliskan dalam :

T = f r = (F Sin θ ) r Newton (4)

Gambar 4. Guna Torsi Bagi Putaran




EaV Ra Ia −=.

( ) ( ) EaV Ia Ia Ra Ia −=.

Ia Ea IaV Ra I a ...2−=

watt Ra I IaV Ia Eaa...

2−=

C

Ra IaV n

.−=

Modul_5223-118-3

3. EMF Lawan dan Tenaga Mekanik Motor.Kedudukan tegangan jangkar berbanding terbalik dengan rangkaian

jangkar, EMF balik beban penuh akan berubah dari aproksimasi 80% untuk

motor kecil dan 95% untuk motor besar.

EMF balik (Ea) sama dengan sebuah persentasi dari tegangan jangkar (Va)

adalah perbandingan yang penting dalam menentukan efisiensi relatife dan

peningkatan tenaga mekanik melalui salah satu jangkar.

Tegangan jatuh berbanding terbalik dengan jangkar, drop sikat (BD)

diabaikan adalah :

(5)

dan tenaga hilang dalam jangkar bilamana Va berbanding terbalik dengan

tenaga hilang sebesar :

atau (6)

(7)

Pemecahan untuk Ea.Ia , kita dapatkan :

(8)

Maksudnya adalah ketika daya listrik (V.Ia) diberikan pada rangkaian jangkar

motor untuk menghasilkan putaran. Banyak dari power yang mengalami

disipasi dalam variasi komponen buatan tahanan jangkar, disipasi ini berupa

sebuah armature tembaga (Ia.Ra). Tenaga yang tersisa (Ea.Ia) adalah

digunakan oleh jangkar, Ea.Ia/V.Ia adalah sama dengan ratio Ea/V.

Dengan demikian semakin tinggi persentasi dari dari EMF balik ke tegangan

belitan jangkar, semakin tinggi efisiensi motornya.

Selanjutnya untuk suatu arus beban, untuk meningkatkan EMF balik

maksimum, hal ini hanya perlu menambah arus medan dan fluks menjadi

maksimum (tanpa overheating medan) dan kadang operasi motor

kecepatannya sangat tinggi.

Pada persamaan kecepatan,

(9)

Memperlihatkan bahwa ketika fluks medan dinaikkan, kecepatan turun.

Kemudian kecepatan dan ggl lawan adalah bagian yang ditentukan oleh

beban mekanik sebuah motor. Walaupun demikian beban mekanik dan garis

resultan dan arus jangkar, ada sebuah pengukur kecepatan dan pengaturan

rheostat medan yang akan menghasilkan tenaga maksimum.




Modul_5223-118-3

4. Jenis-Jenis Motor Arus Searah. Motor arus searah atau motor dc mempunyai beberapa jenis

berdasarkan lilitan penguatnya, yaitu motor dc seri, motor dc shunt dan motor

dc kompon. Pada motor dc sudah tersedia medan penguat dari masing –

masing jenis motor tersebut, tergantung pada saat ingin mengoperasikan

dihubungkan dengan jenis motor dc jenis apa. Dibawah ini digambarkan

bermacam-macam bentuk diagram jenis-jenis motor dc dengan lilitan

penguatnya.

Gambar 5. Diagram Jenis-jenis motor DC

5.

Karakteristik Kopel Motor DC.


VL

D1

D2

M

A1

A2

VL

E2E1

Diagram Motor Seri

M

Diagram Motor Shunt

A2

VL

Diagram Motor Kompon

M

A1

E2E1

D1

D2



Modul_5223-118-3

Untuk motor arus searah berlaku hubungan.

(10)

(11)

(12)

Dari persamaan terakhir di atas dapat dilihat, bahwa pada motor shunt

bertambahnya kopel (artinya arus jangkar bertambah besar) mengakibatkan

kecepatan (n) menurun.

Pada motor seri, bertambahnya kopel (arus) akan menyebabkan pula

bertambahnya harga fluks (φ ), karena fluks pada motor seri merupakan

fungsi arus jangkar (Ia). Dari rangkaian motor seri terlihat bahwa untuk harga

arus jangkar sama dengan nol, harga fluks juga nol, sehingga dari persamaanterakhir di atas diperoleh harga n menuju tak terhingga.

Sedangkan untuk harga Ia yang cukup besar, harga n pada persamaan di

atas akan mendekati nol.

Dengan demikian karakteristik kecepatan-kopel untuk motor seri dan shunt

masing-masing dapat digambarkan seperti pada gambar 6.

Gambar 6. Karakteristik Kecepatan Kopel motor shunt dan

seri.

Karakteristik kopel setiap jenis motor akan mengalami perubahan

dengan demikian dapat diasumsikan bahwa setiap motor diawali dengan

tepat dan dipercepat.

Jadi jangkar disambungkan langsung secara silang dengan terminal line (VL).


T

n

shunt

seri

φ C

Ra IaVan

nC Ea

Ra Ia EaVa

.

.

−=

=

+=



Modul_5223-118-3

Pada kasus motor Shunt, selama start dijalankan, arus dalam rangkaian

medan shunt konstan dari pengaturan rheostat medan, dan sebagai

akibatnya timbul fluks yang pada pokoknya konstan. Beban mekanik

dikurangi, kecepatan motor turun pelan-pelan yang menyebabkan penurunan

tegangan balik dan kenaikan arus jangkar. Dalam persamaan dasar torsi, jikafluks konstan dan jika arus jangkar dinaikkan dengan langsung menggunakan

beban mekanik, persamaa torsi untuk motor shunt dapat diekpresikan dengan

hubungan linier sempurna , : T = K2Ia.

Pada kasus motor seri medan shunt dihilangkan dari jangkar dan digantikan

dengan belitan atau medan seri penuh, konstruksi dan jangkar akan

mengahasilkan sebuah torsi untuk motor seri. Di dalam motor seri, arus

medan seri dan jangkar sama dan fluks (φ ) medan seri selamanya

sebanding dengan arus jangkar Ia. Persamaan torsi untuk kerja motor seri

bias diekspresikan dengan hubungan , menjadi : K.Ia2.Pada posisi motor dc pada hubungan Kompon, medan mungkin dipasang

dalam bentuk rangkaian kompon panjang (komulatif) dan kompon pendek

(diferensial). Tanpa memperhatikan cara merangkai, bagaimanapun juga

arus dalam rangkaian medan shunt dan fluks medan pada dasarnya konstan

selama menghidupkan atau keadaan bekerja.

Arus dalam medan seri merupakan sebuah fungsi arus beban yang dibuat

oleh jangkar. Persamaan dasar torsi untuk kerja motor compound komulatif

adalah : T = K (φ f +φ s) Ia..

Dimana fluks medan seri φ s adalah fungsi arus jangkar Ia. Bermula dari fluks

medan shunt, ketika tanpa beban dan saat berbeban, dimana meningkatkan

arus jangkar, motor compound komulatif menghasilkan kurva torsi yang selalu

lebih besar dari pada motor shunt selama arus jangkar sama.

Untuk persamaan compound diferensial, persamaan torsi menjadi :

T = K (φ f - φ s) Ia.

Dimana φ s sebuah fungsi Ia dan φ f konstan. Bermula denganfluks medan

shunt untuk tanpa beban, nilai sembarang pada arus jangkar akan

menghasilkan medan magnit medan seri (reaksi jangkar pada medans eri)

dimana menghasilkan fluks total pada celah udara. Jadi motor kompoun

diferensial menghasilkan kurva torsi yang selalu kecil atau rendah dari motor

shunt.

6. Karakteristik Kecepatan Motor DCDari persamaan 12 memberikan sebuah arti suatu kebenaran

kecepatan pada setiap motor.

Motor shunt pada saat fluks medan pada motor dianggap konstan, kecepatan

pada motor dinyatakan dalam persamaan kecepatan :




Modul_5223-118-3

(13)

Berkurangnya EMF yang berlawanan juga akan berkurangnya putaran.Berkurangnya nilai EMF dari tanpa beban dengan beban penuh kira-kira 20%.

Persamaan kecepatan untuk rangkaian motor seri :

(14)

persamaan diatas menunjukkan pada karakteristik berbeban fungsi

kecepatan motor seri.

Jika beban motor relative kecil yang digunakan tangkai jangkar pada motor seri, arus jangkar Ia kecil, membuat pembilang pecahan persamaan menjadi

besar dan penyebut menjadi kecil, kecepatan akan melampaui batas.

Sebagai alas an ini, motor seri kerjanya selalu dihubungkan dengan beban,

seperti lift Derek atau alat penaik dc.

Pembilang pada persamaan berkurang lebih cepat dari pada peningkatan

penyebutnya (pembilang disebabkan oleh Ia)

Persamaan kecepatan untuk motor compound kumulatif dituliskan sebagai

berikut :

(15)

dan lebih lanjut disederhanakan menjadi :

(16)

dengan memperbandingkan persamaan diatas untuk motor compound

kumulatif dengan n = C Ea/φ f untuk motor shunt, hal ini merupakan bukti

bahwa fluks yang dihasilkan oleh medan seri juga meningkat karena

peningkatan arus beban dan jangkar, sewaktu EMF lawan berkurang. Oleh

karena itu penyebut meningkat sebanding dengan saat pembilang berkurang

banyak dari pada motor shunt. Akibatnya adalah kecepatan motor kompoun

kumulatif akan jatuh pada tafsiran yang lebih cepat dari pada kecepatan

motor shunt dengan merubah-rubah beban.


f f

IaRaVaC

C

Ean

φ φ

−==

'

( )

φ C

Rsra IaVan

+−=

s f

Rs Ra IaVaC n

φ +

+−=

)(

total s f

CEc EaC

φ φ φ =

+

=



Modul_5223-118-3

7. Efisiensi dan Rugi-Rugi.Rugi yang terjadi dalam mesin arus searah adalah :

1. Rugi besi

Terdiri dari : rugi histerisis dan rugi arus ‘eddy’

2. Rugi listrik

Rugi ini dikenal sebagai rugi tembaga (I2R).

3. Rugi mekanik

Rugi ini terdiri dari : rugi geser pada sikat, rugi geser pada sumbu, dan rugi

angina.

4. Aliran daya untuk mesin arus searah dapat digambarkan seperti terlihat

pada gambar 7. disini digambarkan aliran daya untuk motor, sedangkan

untuk generator aliran daya adalah sebaliknya.

Gambar 7. Rugi-Rugi

(17)


Daya

Masuk

VtIL VtIa

A

E

D

C

B

F

EaIa

Daya mekanis

pada sumbu

rugidayakeluar

dayakeluar Efisiensi

Σ+=η



Modul_5223-118-3

II. Evaluasi.

1. Motor dc shunt dengan tegangan 120 Volt mempunyai tahanan armatur 0,2 Ohm dan tegangan drop sikat 2 volt, arus rata-rata beban penuh

armatur 75 Ampere, Hitung arus saat start dan persentase arus beban ?

2. Sebuah motor kompound kumulatif kerja sebagai motor shunt dan

menghasilkan T = 160 lb.ft, ketika Ia = 140 A dan fluks medan φ f = 1,6.106

lines. Ketika dihubungkan kembali motor kompound kumulatif pada arus

yang sama, menghasilkan torsi 190 lb.ft.

Hitung :

a. Peningkatan fluks pada medan seri dalam %

b. Torsi ketika motor kompound berbeban meningkat menjadi 10%

III. JAWABAN.

1. I = (Va-BD)/Ra = (120 – 2)/0,2 = 590 (jumlah tegangan EMF nol).

Persentase beban penuh = (590/75) x 100% = 786%.

2. Data disusun berdasarkan data soal.

T (lb.ft) Ia (A) φ f (line)Mula-mula 160 140 1,6.106

Penambahan fluks 190 140 φ f

Torsi akhir Tf 154 1,1 x 1,9 x 106

a. φ f = φ mula x (Takhir /Tmula ) = 1,6 x 106 x (190/160) = 1,9 x 106 line.

Persentase dari peningkatan fluks = (1,9 x 106/1,6 x 106 x 100 )-100

= 118,8 – 100 = 18,8%

b. φ medan akhir = 1,1 x 1,9 x 106 lines (batas peningkatan dalam

beban 10%).

Torsi akhir = Tr = 190 lb.ft (154/149) (1,1 x 1,9 x 106/1,0 x 1,9 x 106)

= 230 lb.ft.

IV. Tugas.(Tugas yang diberikan berdasarkan tugas dari dosen pengampu)


modulmotor dc

Documents