tugas pme mesin dc shunt frisal latest final

8/8/2019 Tugas PME Mesin Dc Shunt Frisal Latest Final

1/30

Perancangan Mesin Elektrik

Motor DC Shunt, 373 W, 120 V, 1500 rpm

PERANCANGAN MESIN ELEKTRIK

MotorDC SHUNT dengan data sebagai berikut;

o Daya keluaran P = 0.5 HP = 0.5 * 746 = 373 W

o Tegangan kerja V = 120 V

o Kecepatan putaran n = 1500 rpm =60

1500 = 25 rps

1. Perancangan Dimensi Utama

Bila merancang motor arus searah menurut Sawhney, diambil nilai daya jangkar

sebagai Pa =P, namun mengingat tidak ada mesin yang memiliki efisiensi 100% maka

diambil efisiensi 70% melihat motor DC yang akan dirancang adalah motor berdaya

menengah rendah yakni dengan daya 200 - 1 kW, sehingga :

( )[ ] ( )( )[ ] 426.28573737,0317,02.312 =+=+= PPa W

Untuk mengetahui nilai dimensi utama, hendaknya kita ketahui dulu faktor apa saja

yang membatasi ukuran diameter, salah satunya adalah kecepatan linier jangkar.

Kecepatan linier ini tidak boleh melebihi 30 sm kecuali untuk konstruksi rotor mesin

khusus (EMD hal 505), bila diambil kecepatan linier 11 sm maka dapat kita ketahui

nilai diameter maksimum adalah :

====25.

11

...

n

vDnDv amaksmaksa 0.140 m = 140 mm

Untuk menentukan jumlah kutub yang dipergunakan maka dilakukan perhitungan

batasan frekuensi fluksi dan arus yang mengalir per sikat.

Dimisalkan jumlah kutub yang dipergunakan adalah 2, maka kisar kutub untuk

nilaiDmaks adalah :

mmmp

Dmaks 8.2190.21982

140,0.==

==

Berdasarkan tabel 9.4 (EMD hal 505), kisar alur untukp = 2 sudah memenuhi syarat,

sehingga nilai ini dapat dipergunakan, oleh karena itu maka frekuensi fluksi :

252

252

2=

=

=

npf Hz

Dirancang oleh :

FRISAL ARGHA KUSUMAH

MAHASISWA TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

1


2/30



Nilai frekuensi ini untuk mesin arus searah umumnya mempunyai batasan antara

25 sampai dengan 50 Hz, tetapi untuk mesin-mesin kecil dengan kecepatan tinggi dapat

sedikit lebih besar(EMD hal 498), sehingga kita dapat mempergunakan nilai ini.

Arus saluran :

4.4401207,0373

=

=lI A.

Dengan mengabaikan nilai arus medan, dianggap arus jangkar sama dengan arus

saluran, sehingga arus yang mengalir per sikat :

440.42

440.42.2=

==

p

II a

b A.

Arus yang mengalir per sikat tidak boleh melebihi 400 A (EMD hal 503) sehingga nilai

ini telah sesuai, dari 2 macam pengujian maka dapat disimpulkan motor yang akan

dirancang dapat mempergunakan 2 kutub.

Dari gambar 9.19 (EMD hal 494) dipilih :Bav = 0.1 Wb/m2 dan

Dari gambar 9.20 (EMD hal 495) dipilih : ac = 12000.

Untuk menghemat pemakaian konduktor belitan medan, penampang kutub berbentuk

segi empat mendekati bujur sangkar, oleh karena itup

DL

...

== rasio busur

kutub terhadap kisar kutub, , diambil 0,71 dimana bernilai 0.64 sampai 0.72sehingga :

DD

L 1147.12

71,0 =

=

Nilai koefisien keluaran motor DC ini dirumuskan oleh :

11.8315210120001,010..3232

0 === acBC av kW/m

3-rps.

Daya jangkar untuk motor DC dirumuskan :

3

3

0

220 101.441182511.83152

10426.2857

.....

==== nCP

LDnLDCP aa m3.

Dengan memasukkan,L = 1.1147D ke persamaan diatas, maka diperoleh nilai D:

0.108931147.1

101.441183

3

=

=

D m = 108.93 mm

Panjang inti besi, L adalah :

10.121424270.10893*1147.11147.1 === mDL m = 121.424271 mm

Lebar ventilasi radial yang digunakan diambil 1 mm.

Dirancang oleh :




2


3/30



Oleh karena itu panjang inti besi yang sesungguhnya :

)(9.0 ddi lnLL =

dimana : nd : juml. ventilasi duct

ld : panjang ventilasi( )( ) 390.10838184001,0110.121424279,0 ==iL m = 108.3818439 mm

Kisar kutub :

0.17102012

0.10893.=

==

p

Dm = 171.0201 mm

L/ = 121.424271 /171.0201 = 0.71. Nilai ini sesuai dalam praktek dimana nilai

L sedikit lebih besar dari pada busur kutub b. Oleh karena itu L/ biasanya

antara 0.7 sampai 0.9.

Busur kutub :

10.121424270.171020171,0. === b m = 121.424271 mm

Kecepatan liniernya menjadi :

8.551005250.10893.. === nDva m/s.

2. Perancangan Jangkar

Lilitan Jangkar

Tegangan terminal 120 V.

Hasil kali :Pa rpm =310426.2857 1500 = 639.42855 kW.rpm = 0.63942855.103

kW.rpm. Persentase arus medan dan tegangan jatuh pada kumparan jangkar seperti yang

terlihat pada gambar 9.35 (EMD hal 521) adalah 3 % dan 9.3%, sehingga :

Arus medan, If = 3% 4.440 = 0.1332 A.

Jatuh tegangan Vra= 9.3% 120 = 11.16 V.

Arus jangkar :

shaL III +=

Ia = 4.440 0.1332 = 4.3068 A.

Tegangan jatuh pada sikat (es) dari bahan grafit atau arang sebesar 1 V maka tegangan

induksi emf:

E = 120 - 11.16 2.(1) = 106.84 V

Dirancang oleh :




3


4/30



Jenis Belitan Jangkar

Berdasarkan penelitian, ada batasan pemilihan jenis belitan karena ditemukan

bahwa komutasi sulit dilakukan ketika arus tiap cabang paralel melebihi 200 A. Hal ini

berarti belitan gelombang dapat digunakan untuk mesin yang mempunyai arus rata-rata

sampai dengan 400 A, dan diluar batas ini sebaiknya menggunakan jenis belitan gelung

(EMD hal 520).

Dengan jumlah cabang, a = 2, arus tiap cabang paralel adalah :

2.153424.3068' === IzIa A.

Nilai ini dibawah 200 A, sehingga dapat digunakan dapat jenis belitan gelombang.

Tetapi, oleh karena jumlah cabang = jumlah kutub = 2, dipilih tipe belitan gelung

tunggal untuk jangkar.

1 2 3 4

Y1

Y2Y

YC

Gambar Lilitan gelung tunggal

Jumlah Konduktor Jangkar

Fluksi per kutub :

WbLBav31007659.20.0020765910.121424270.17102011,0.. ====

Jumlah konduktor jangkar :

20582057.9892251007659.2

2106.843

=

=

=pn

aEZ .

Jumlah Alur

Dirancang oleh :




4


5/30



Kisar alur standar untuk mesin yang kecil antara 25 - 35 mm atau kurang (EMD hal 524).

Dengan kisar alur 25 mm 35 mm diperoleh jumlah alur :

Ys =S

D., maka S =

Ys

D.=

35

108.93xs/d

25

108.93x

= 10 alur s/d 13 alur

Pada perancangan ini ditentukan jumlah alur sebanyak 12 alur.

Kisar Alur (Ys)

Ys =S

D.

=12

108.93x

= 28.50335 mm

= 28.50 mm

Pada kondisi tanpa beban, tegangan diantara segmen yang dekat tidak boleh

melebihi 15 V ( EMD hal 532), oleh karena itu jumlah kumparan minimum yang

dibutuhkan :

1615

2120

15=

=

=

pEaranMinJumlahKump

Jumlah sisi kumparan per alur (U)

Untuk perancangan ditentukan jumlah sisi kumparan per aluradalah 6.

Jumlah Lamel (C)

C = x U x S

= x 6 x 12

= 36

Jumlah Lilitan (TC)

Tc = 4

Jumlah Konduktor Jangkar (Z)

Z = 2 x Tc x C

= 2 x 4 x 36

= 288

Jumlah Konduktor per alur(Zs)

Zs =S

Z

Dirancang oleh :




5


6/30



=12

288

= 24

Perubahan jumlah konduktor di atas akan mempengaruhi fluksi per kutub (), Beban

magnetik (Bav), dan arus spesifik (ac). Sehingga terjadi perubahan pada nilai dari masing-

masing besaran di atas menjadi:

= 31007659.2 x288

2058= 14.83896. 10-3 Wb

Bav =L.

=

10.121424270.1710201

1014.83896 3

x= 714.5799. 310 Wb/m2

ac =D

ZIz

.

.

=0.10893

2882.1534

x

x

= 1813.176 Ak/m

Koreksi

Ampere konduktor per alur yang diizinkan yakni 1500 Ak(EMD hal 579) :

Dengan Zs = 24, maka 51.6816242.1534 == sz ZI Ak

Nilainya masih dibawah batas yang diizinkan.

Diameter komutator diasumsikan 0,74 kali diameter jangkar untuk mesin 100/125V

(EMD hal 523), sehingga :

80.6082108.9374,0 ==cD mm

Kisar segmen komutator,c yang diijinkan minimum 4 mm (EMD hal 523) :

Dengan C= 36, 7.03083680.6082. === CDcc mm (memenuhi syarat

untukc yang diizinkan yaitu 4 mm).

Nilai minimum c = 4 mm sehingga nilai diatas masih diizinkan untuk

perancangan S=12 alur dan C=36 lamel.

Rancangan Bentuk Alur

Kerapatan arus pada konduktor jangkar diambil berdasarkan kondisi yang

memungkinkan mesin mempunyai efisiensi yang tinggi dan kenaikan temperatur yang

diizinkan. Hal ini dikarenakan nilai kerapatan arus yang tinggi dapat memperkecil

ukuran konduktor dan oleh karenanya biayanya menjadi lebih murah. Juga luas alur yang

dibutuhkan menjadi kecil dan oleh karenanya alur yang dangkal dapat digunakan dan ini

Dirancang oleh :




6


7/30



sangat baik untuk komutasi (EMD hal 525). Kerapatan arus pada konduktor umumnya

antara 2 6 A/mm2. Untuk lubang pendinginan yang sangat bagus dengan kumparan lilit

jangkar yang kecil digunakan kerapatan arus sebesar 5 A/mm2.

Luas penampang konduktor jangkar :

0.430685

2.1534'

===a

aIA

mm2

Jenis konduktor yang digunakan adalah konduktor bulat ( synthetic enamel), sehingga

diameter konduktor jangkar :

0.74040.430684=

=

=

Ad mm

Berdasarkan tabel 17.7 ( EMD hal 892) diambil diameter konduktor standar dengan

isolasi yang cukup, yakni d= 0.750 mm. Luas konduktor menjadi :

0.44156254

750.0

4

. 22=== dA mm2

Kerapatan arus pada konduktor jangkar :

4.876770.4415625

2.1534'

===

A

Iaa A/mm

2.

Nilai kerapatan arus pada konduktor jangkar sudah memenuhi syarat antara 2 6 A/mm2

yakni 4.87677 A/mm2, sehingga konduktor dengan ukuran ini dapat dipergunakan.

Ukuran Alur

Faktor Permukaan (Sf)

Syarat nilai Sf untuk mesin DC berkisar antara 0,4 0,6. Untuk perancangan

dipilih nilai 0,5.

Luas Alur (as)

21.1955,0

0.441562524=

=

=

Sf

AZa ss mm2

Tiap alur terdiri dariZs = 24 konduktor, sehingga letak konduktor dapat diatur 8 vertikal

dan 3 horizontal seperti gambar dibawah ini :

Dirancang oleh :




7


8/30



Lip

Wedge

Konduktor

isolasi

Separator

WS

dS

Gambar Alur JangkarSumber : Perancangan

WS

Gigi Alur

WtYS

Gambar Alur dan gigi jangkar

Spesifikasi :

Rancangan Lebar Alur (Ws):

Konduktor(fine covering) = 3 0.808 mm = 2.424 mm

Isolasi Alur = 2 1 mm = 2 mm

Spasi = 0 .5 mm +

Lebar Alur Total, Ws = 4.924 mm

Rancangan Tinggi Alur (ds) :

Konduktor(fine covering) = 8 0.808 mm = 6.464 mm

Dirancang oleh :




8


9/30



Pemisah (separator) = 0.5 mm

Lip and Wedge = 0.05 + 1 mm = 1.05 mm

Spasi = 0.5 mm +

Tinggi Alur Total, ds = 8.514 mm

Koreksi Kerapatan Fluksi Pada Gigi Alur

Kerapatan fluksi di daerah 1/3 bagian ketinggian gigi alur (bagian tersempit) tidak boleh

lebih dari 2,1 Wb/m2(EMD hal 528).

Kisar alur pada 1/3 tinggi gigi terhadap dasar :

( )( ) ( )( )25.532912

8.5143

4108.933

4

31=

=

=

s

s

s S

dD

y mm

Lebar gigi pada 1/3 tinggi :

20.608914.92425.532913131 === sst WyW mm

Kerapatan fluksi pada 1/3 tinggi gigi :

1.55941020.60891390.108381841271,0

1014.838962

...

.

3

3

3131 =

=

=

tit

WLS

pB

Wb/m

2

Nilai kerapatan fluksi di bagian gigi yang sempit tersebut masih kurang dari 2,1 Wb/m2

sehingga memenuhi syarat standar.

Jarak Celah Udara

Gaya gerak magnet (ggm) jangkar per kutub :

ATa =p

IaxZ

2=

4

2882.1534 x= 155.0448 At

Untuk mmf celah udara adalah berkisar antara (0,5 0,7 x mmf jangkar) (EMD hal.505),

dalam perancangan ini diasumsikan ggm di celah udara,ATg = 0,6 ggm jangkar, maka :

93.026880448.1556,0 ==gAT At

Kerapatan fluksi maksimum di celah udara :

0.140871,0

1,0==

= avgB

B Wb/m2

Dengan mengasumsikan faktor kontraksi celah udara,Kg= 1,15.

Dirancang oleh :




9


10/30



Jarak celah udara :

31071815.0

15,11408.0800000

93.02688

800000

=

=

=gg

g

gKB

ATl m

Jadi jarak celah udara yang digunakan diambil 0,72 mm.

Inti Jangkar

Fluksi pada inti jangkar :

3

3

107.419482

1014.83896

2

=

=

=c Wb

Dengan membatasi kerapatan fluksi di inti jangkar 1,6 Wb/m2, maka luas inti jangkar

yang harus dirancang :

3

3

104.6371756,1

107.41948

=

=cA m2

Tinggi inti jangkar :

3

3

1042.785533390.10838184

104.637175

=

==i

cc

L

Ad m

Diambil tinggi inti jangkar, dc = 43 mm.

Luas inti jangkar sebenarnya :

33

10774.660419281043390.10838184dcxLi ===cA m2

Kerapatan fluksi yang terjadi pada inti :

592.110774.66041928

107.419483

3

=

=

=

c

cc

AB Wb/m2

Diameter dalam jangkar :

( ) ( ) 0.005902043,00.00851420.108932 =+=+= csi ddDD m=5.902

mm

LayoutBelitan

Perancangan Belitan Jangkar

Dengan mengacu pada diktat Mesin Elektrik II (Ir.Hari Santoso), dan

ditentukannya data sebagai berikut:

Jumlah Alur (S) = 12

Dirancang oleh :




10


11/30



Jumlah Lamel (C) = 36

Jumlah konduktor jangkar (Z) = 288

Kisar komutator (Yc)

Yc = 1 (gelung tunggal)

Yg p

S

2 2

12 6

Yg diambil sama dengan 4

Y1 = (2.U.Yg) + 1

= (2 x 3 x 4) + 1

= 25

Y2 = 2.Yc Y1

= 2 x 1 25

= - 23

TABEL UNTUK BELITAN GELUNG TUNGGAL

Dirancang oleh :




Lamel Sisi Kumparan Lamel

1 1 26 2

2 3 28 3

3 5 30 4

4 7 32 5

5 9 34 6

6 11 36 7

7 13 38 8

8 15 40 9

9 17 42 10

10 19 44 11

11 21 46 12

12 23 48 13

13 25 50 14

14 27 52 15

15 29 54 1616 31 56 17

17 33 58 18

18 35 60 19

Lamel Sisi Kumparan Lamel

19 37 62 20

20 39 64 21

21 41 66 22

22 43 68 23

23 45 70 24

24 47 72 25

25 49 2 26

26 51 4 27

27 53 6 28

28 55 8 29

29 57 10 30

30 59 12 31

31 61 14 32

32 63 16 33

33 65 18 3434 67 20 35

35 69 22 36

36 71 24 1

11


12/30



Gambar Alur Belitan Rotor

Dirancang oleh :




12


13/30



3. Perancangan Sistem Medan

Bagian Kutub

Koefisien kebocoran fluksi di kutub utama (Cl)

Untuk perancangan diasumsikan sebesar 1,15 (EMD hal 539). Pada perancangan

diasumsikan koefisien kebocoran kutub utama Cl= 1,15, maka fluksi pada bodi kutub :

33 1017.0648041014.8389615,1 === lp C Wb

Kerapatan fluksi pada bodi kutub

Nilai yang diperbolehkan berkisar antara 1,2 1,7 Wb/m2, pada perancangan

diasumsikan kerapatan fluksi pada bodi kutub,Bp = 1,6 Wb/m2, maka luas bodi kutub :

3

3

1010.66550256,1

1017.064804

=

=

=p

p

pB

A m2

Panjang aksial bodi kutub(Lp)

Panjang aksial bodi kutub mempunyai nilai yang sama dengan panjang sama

dengan panjang inti jangkar.

Panjang aksial bodi kutub = panjang inti jangkar :

Lp = L = 10.12142427 m

Bila pada bodi kutub mesin tidak ada ventilasi, maka panjang bersih inti besi bodi kutub:

Lpi = 0,9 10.12142427 = 0.1092818439 m

Lebar bodi kutub :

Dirancang oleh :




13


14/30



0.097596390.10928184

1010.6655025 3 ===

pi

p

pL

Ab m = 97.596 mm

Kumparan Medan

Pada beban penuh diasumsikanggm medan = 0,6 ggm jangkar, sehingga :

93.02688155.04486,0 ==flAT At

Kedalaman kumparan penguat (df) tidak boleh melebihi 30 mm. Berdasarkan

tabel 9.8 (EMD hal 541), nilai df ditetapkan sebesar 17mm atau 0,017 m, dan faktor

permukaan, Sf = 0,4 untuk konduktor berdiameter kecil dan rugi yang dilepaskan, qf =

700 W/m2, maka :

mmf per meter kumparan penguat

= 104 x dflossesxSfx A/m = 017.04.0700 xx x104 = 21.8174 x103 A/m

Tinggi kumparan :

3

3104.26388.

10.21.8174

93.02688

/

===mggm

ATh

fl

f m = 4.26388 mm

hf= 4.263 mm

bp = 97.596mmdf= 17 mm

b = 121.424271 mm

hpl = 24.36501 mm

Gambar 3.1 Kutub dan Kumparan Medan

Sumber : Perancangan

Tinggi sepatu kutub, hs, diasumsikan antara 0,1 sampai dengan 0,2 kali tinggi kutub

sedangkan tinggi isolasi diambil sekitar 0,1 sampai 0,15 bergantung ukuran dari mesin

(EMD hal 541).

Tinggi isolasi :

Dirancang oleh :




14


15/30



10201.17171.02011,01,0 == mm

Diasumsikan tinggi sepatu kutub, hs = 3 mm, sehingga total tinggi kutub :

24.3650110201.173263.4 =++=++= asitinggiIsolhshfhpl mm

Koreksi tinggi sepatu kutub :

0.123136501.24

3==

pl

s

h

h, nilai ini sudah memenuhi syarat.

Yoke

Fluksi pada yoke :

3

3

107.419482

1014.83896

2

=

=

=y Wb

Kerapatan fluksi pada yoke diasumsikan,By = 1,5 Wb/m2, maka luas yoke :

3

3

104.946325,1

107.41948

==

=y

y

yB

A m2

Tebal yoke :

3

3

1045.2620390.10928184

104.94632

=

==pi

y

yL

Ad m = 45.2620 mm

Diambil tebal yoke, dy = 45 mm, sehingga diameter luar yoke :

( ) 0.24962400452620.024365010.00,0007220.108932 =+++=+++= yplgy dhlDD

m

Rangkaian Magnetik

a) Ggm yang dibutuhkan untuk celah udara

Kerapatan fluksi pada tengah kutub :

0.140871,0

1,0

===av

g

B

B Wb/m2

Rasio : 6.8565071815.0

4.924 ==g

s

l

W

Untuk jenis alur terbuka berdasarkan gambar 4.9 (EMD hal 124), koefisien Carter

yang berhubungan dengan rasio ini adalah 0,60.

Faktor kontraksi untuk celah udara :

Dirancang oleh :




15


16/30



( )1.1156

4.9246,028.50

28.50

.=

=

=

scss

sgs

WKy

yK

Rasio : 13.92471815.0

10==

g

d

l

W

Berdasarkan gambar 4.9 (EMD hal 124), koefisien Carter untuk rasio ini adalah 0,8.

Faktor kontraksi untukductadalah :

( )1.0705

1018,0121.424271

121.424271

..=

=

=

ddcd

gdWnKL

LK

Faktor kontraksi untuk celah :

1.19424980705,11.1156 === gdgsg KKK

Ggm yang dibutuhkan untuk celah udara :

96.60571071815.01.19424980.1408800000800000 3 === gggg lKBAT

At

b) Ggm yang dibutuhkan pada gigi

Kerapatan fluksi pada 1/3 bagian :

1.559431 =tB Wb/m2

1.388020.608919108.381843 25.53291121.424271.

.

31

31

=== ti

ss

WL

yLK

Berdasarkan kurva 4.21 (EMD hal.141) didapatkan at t = 27000 A/m Ggm yang

dibutuhkan pada gigi :

220.158108.514270003===

stt datAT At

c) Ggm yang dibutuhkan inti

Kerapatan fluksi pada inti,Bc = 592.1 Wb/m2, atc= 1000 A/m.

Panjang inti yang dilewati fluksi di inti :

( ) ( )( )

0.0383880722

043.0008514,020.10893

.2

.2=

=

=

p

ddDl csc m

Ggm yang dibutuhkan inti :

38807.380.038388071000 === ccc latAT At

d) Ggm yang dibutuhkan bodi kutub

Kerapatan fluksi pada bodi kutub,Bp = 1,5 Wb/m2, atp = 1000 A/m.

Ggm yang dibutuhkan bodi kutub :

Dirancang oleh :




16


17/30



24.3650124365010.01000 === plpp hatAT At

e) Ggm yang dibutuhkan yoke

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

Panjang jalur fluksi di dalam yoke :

0.1604241722

1045.26200.2496240

.2

3

=

=

=

p

dDl

yyy m

Ggm yang dibutuhkan yoke :

42417.1600.160424171000 === yyy latAT At

Total ggm medan yang dibutuhkan pada kondisi tanpa beban :

663.49325=++++= ypctgf ATATATATATAT At

Diasumsikan ggm medan pada kondisi beban penuh menjadi 1,15 kali ggm medan padakondisi tanpa beban, maka ggm medan yang dibutuhkan pada kondisi beban penuh :

5763.017237663.4932515,115,1 === ffl ATAT At

dy = mm

hpl = mm

ds = mmdc = 6 mm D =

mm

Dy = mm

45.2620

249.6240

36501.24

8.514108.93

Gambar 3.2 Rangkaian Magnetik

Sumber : Sawhney, 1990 : 582

Perancangan Belitan Medan

Tegangan yang melalui belitan medan shunt adalah 24 V dan 20% dari tegangan ini

dipergunakan untuk kendali kecepatan. Sesuai dengan jumlah kutub, 2 buah belitan

medan dihubungkan dalam seri.

Tegangan yang melalui masing-masing belitan medan :

( )

9.62

242,024=

=fE V

Data yang dibutuhkan untuk perancangan belitan medan adalah :

Ggm masing-masing belitan,ATfl= 5763.017237 At.

Dirancang oleh :




17


18/30



Tinggi belitan, hf = 17 mm.

Kedalaman belitan, df= 17 mm.

Panjang aksial kutub,Lp = 121.424271 mm.

Lebar bodi kutub, bp = 97.596 mm.

Temperatur rata-rata konduktor = 75 C.

konduktor = 0,021 /m/mm2.

Panjang rata-rata lilitan :

( )( ) 0.50604054017,02097596.0121424271.022.2 =++=++= fppmt dbLL

m

Luas konduktor :

0.84463236.9

506040542.0021,05763.017237..=

==

V

LATa

mtflf

mm2

Maka diameter konduktor :

1.03728446323.04.4

=

==

fad

mm

Berdasarkan tabel 17.7 (EMD hal 892), maka untuk diameter 1.0372 mm digunakan

diameter dengan ukuran standar yakni 1.000 mm. Apabila dengan isolasifine covering,

maka diameter yang digunakan adalah d1 = 1.070 mm, sehingga luas konduktor :

0.89874654

070.1

4

. 221 === d

a f mm2

Faktor permukaan :

0.6550070.1

000.175,075,0

22

1=

=

=

d

dSf

Jumlah lilitan pada kumparan medan :

220100.8987465

017,0017.06550,0

6=

=

=

f

ffff

a

dhST

Resistansi masing-masing lilitan :

0567.30.8987465

0.50604054021,0220=

=

=

f

mtff

a

LTR

Arus medan :

Dirancang oleh :




18


19/30



10.30567.3

6.9===

f

ff

R

EI A

Ggm medan yang dihasilkan :

8262201.3 === fffl TIAT At

Rugi-rugi pada masing-masing kumparan medan :

( ) ( ) 02.820567.301.3 22 === fff RIQ W

Permukaan pendingin :

) ( ) 0.0344017.0017,00.5060405422 =+=+= ffmt hdLS m2

Berdasarkan tabel 3.6 (EMD hal 111), maka koefisien pendingin untuk mesin pada

kumparan medan adalah :

( )0.083

962,61,01

14,0

.1,01

14,0 =+

=+

=av

c

Kenaikan suhu :

600.0344

083,002.28

=

=

S

cQf C

4. PERANCANGAN KOMUTATOR

Data-data yang dibutuhkan untuk merancang komutator :

Diameter komutator,Dc = 0,74 D = 0.74 x 108.93 mm=80.6082 mm

Jumlah lamel, C= 36

Kisar segmen komutator,c = 7.0308 mm

Kecepatan linier komutator, vc = Dc n = 0,0806082 25 =

6.3277437m/s

C

tb

Gambar 4.1 Sikat dan Lamel

Sumber : Diktat Perancangan

Dirancang oleh :




19


20/30



Sikat

Arus jangkar :

== fla III4.440 0.1332 = 4.3068 A

Arus pada masing-masing lengan sikat :

3068.42

3068.42.2=

==

p

II ab A

Sikat yang digunakan jenis electrographitic, dimana kerapatan arusnya, a = 10010-3

A/mm2. Arus pada masing-masing sikat tidak boleh lebih dari 70 A. Dengan

menggunakan 2 buah sikat setiap lengannya, arus pada setiap sikat :

Ib = 2.15342

3068.4

==bb

n

I

A

Luas masing-masing sikat :

534.2110100

2.1534'

3=

==

a

bb

Ia

mm2

Sikat sebaiknya menutupi sekurang-kurangnya 2 lamel.

Ketebalan masing-masing sikat :

1717.5777.03085,25,2 === cbt mm

Lebar setiap sikat :

267.117

534.21 ==b

bb

t

aW mm

Luas tiap sikat yang dipergunakan :

21.539267.117 === bbb Wta mm2

Luas sikat pada masing-masing lengan sikat :

36 10043.010539.212 === bbb anA m2

Disediakan 5 mm untukclearance diantara sikat (cb), 10 mm untukstaggering(c1) dan

10 mm end play(c2), panjang komutator tanpa riser:

( ) ( ) 32.53410105267.1221 =+++=+++= cccWnL bbbc mm = 0,032534 m

Apabila ditambah celah 20 mm untukriser, panjang keseluruhan komutator :

Lci=Lc + 20 = 32.534+ 20 = 52.534 mm = 0,052534 m

Rugi-RugiDirancang oleh :




20


21/30



Penurunan tegangan kontak sikat (V) diasumsikan 0,25 V per sikat (EMD hal 570).

Rugi-rugi kontak sikat :

2.15344.306825,02 === abbc IVnP W

Tekanan sikat yang digunakan,Pb = 20 kN/m

2

dan koefisien gesek, = 0,15.Rugi-rugi gesek sikat :

Pbf= PbAbvc = 0,15 20103 2 310043.0 6.3277437= 1.64 W

Total rugi-rugi pada komutator :

Pbc + Pbf = 2.1534 + 1.64 = 3.7934 W

Luas permukaan komutator :

3

104.820,0325348060820.0

== cc LD m2

Total panas yang didisipasikan permukaan termasuk setengah dari permukaan riser

adalah dengan luas sekitar 41.210-3 m2.

Dari tabel 3.6 (EMD hal 111), koefisien pendingin untuk komutator adalah :

( )0091,0

6.32774371,01

015,0

.1,01

015,0=

+=

+=

cvc

Kenaikan temperatur pada komutator :

42.00824.0

0091,03.79342

=

=

komutatorpermukaanluas

ckomutatorrugi C

5. PERANCANGANINTERPOLE

Lebar daerah komutasi :

( ) 4280.6082

108.93)061,017(7.0308

2

2

2

6

2=

+

=

+

=

cibcc

D

Dtt

p

auw

mm

Panjang celah udara dibawah interpole umumnya antara 1 sampai 2 kali panjang celah

udara dibawah kutub utama. Diasumsikan panjang celah udara dibawah interpole :

0.86472,02,12,1 === ggi ll mm

Lebar interpole harus lebih besar daripada 1,5 kali kisar alur. Diasumsikan lebar

interpole, Wip, 2,5 kali kisar alur, sehingga :

Wip = 2,5 yss = 2,5 28.50 = 71.25 mm

Dirancang oleh :




21


22/30



Oleh karenanya permukaan intepole akan menutupi daerah komutasi dan juga kira-kira 2

kisar alur.

Permisivitas alur spesifik untuk lilitan double layer(EMD hal 164) :

++++= 04

0

3210 .2

.3 Wh

WWh

Wh

Wh

sss

s

=77 108.92388

2

0.525

2924.4

5,02

4.924

5,0

4.9243

3104 =

+

+++

Permisivitas spesifik gigi bagian atas :

7

70

10172.63864,06

25.71104

.6

.

=

==

gi

ipt

l

W.

Panjang outhang:

( ) ( ) 0514.0851400.00125,0171.03,00125,03,0 =+=+= southang dL m

Panjang overhangsatu sisi kumparan :

( ) 1,00514,02

171,02

22

22 =+

=+= outhango LL m

Keliling satu sisi kumparan :

( ) 5.435.12 =+=ob mm = 0,0045 m

Permisivitas spesifikoverhang:

61007,0log23,0

+=

o

ooo

b

L

L

L

=66 1031,01007,0

0045,0

1,0log23,0

1214,0

1,0 =

+

Permisivitas spesifik total :

7777

10184.65388101.310172.63108.92388

=++=++= ots

Waktu komutasi :

4.89

6.3277437

939.160308.72

2

2

6

2=

+

=

+

=c

ibc

cv

ttp

au

ms

Tegangan reaktansi rata-rata :

38,01089.4

242.15341214,010184.65388444

3

7

=

==

c

szcavr

ZLITE

V

Tegangan reaktansi maksimum yang diambil,Erm = 1 V

Dirancang oleh :




22


23/30



Kerapatan fluksi maksimum dibawah interpole :

963.08.5510051214,0

1

.=

==

a

rmgim

vL

EB Wb/m2

Panjang aksial interpole sama dengan panjang aksial kutub, sedangkan panjang celah

udara dibawah interpole lebih besar daripada panjang celah udara dibawah kutub utama,

oleh karena itu faktor kontraksi celah untuk interpole, Kgi, lebih kecil daripada Kg.

DiambilKgi = 1,18.

Ggm yang dibutuhkan celah dibawah interpole :

4.785100.86418,1963.08000008000003==

gigigimgi lKBAT

At

Ggm jangkar per kutub :

04.15522

2881534.2

.2

.

==p

ZIAT za At

Ggm yang dibutuhkan untukinterpole :

36.63004.1554.785 =+=+= agii ATATAT At

Jumlah lilitan pada masing-masing interpole :

1463068.4

36.630==

a

ii

I

ATT

Kerapatan arus pada interpole biasanya antara 2,5 4 A/mm2(EMD hal 565). Diambil

kerapatan arus i = 3.31 A/mm2.

Luas lilitan konduktorinterpole :

30.131.3

3068.4===

i

ai

Ia

mm2

Berdasarkan tabel 17.2 (EMD hal 887), digunakan konduktor dengan dimensi 1,2 1,2

mm2 dengan luas 1.30 mm2.

Perhitungan Rugi-rugi dan Efisiensi

1. Rugi Gesekan dan Angin.

Rugi gesekan pada sikat telah dihitung sebelumnya yakni,Pbf = 1.64 W.

Kecepatan linier jangkar diperoleh sebesar 8.551005 m/s, berdasarkan tabel 9.11 (EMD

hal 575) dapat dihitung bahwa rugi gesekan pada bearingdan angin adalah 0,2% dari

daya keluaran, sehingga :

Dirancang oleh :




23


24/30



Rugi-rugi akibat gesekan pada bearingdan angin = 746.0373100

2,0= W.

Total rugi gesekan dan angin :

1.64 + 0.746 = 2.386 W

2. Rugi Besi

Lebar rata-rata gigi :

( ) ( ) 31053.29

12

008514,01214,0 =

= S

dD sm

Berat gigi jangkar :

7800 sdgigirataratalebarLS

= 12 0,1214 0,02953 0,008514 7800 = 2.86 kg

Kerapatan fluksi pada tinggi gigi adalah,Bm = 1.5594 Wb/m2 dan tebal laminasi yang

digunakan 0,1214 mm.

Rugi besi spesifik pada gigi :

2222 ...008,0..06,0 tBfBf mm +

= ( ( 829.31214,05594.125008,05594.12506,0 2222 =+ W/kg

Rugi besi pada gigi = 3.829 2.86 = 10.95 W

Berat inti jangkar :

( ) 7800.2 cics dLddD

= ( )( ) 498.07800006,010838,0006,0008514,021214,0 = kg

Kerapatan fluksi pada inti jangkar, Bm = 1,5594 Wb/m2 dan tebal laminasi yang

digunakan 0,1214 mm.

Rugi besi spesifik pada inti :

2222 ...005,0..06,0 tBfBf mm +

= 77.31214,05594,125005,05594,12506,0 2222 =+ W/kg

Rugi besi pada inti = 3.77 0.498 = 1.88 W

Total rugi besi :

10.95 + 1.88 = 12.83 W

Akibat adanya ripple pada gelombang suplai motor, maka rugi-rugi ditambahkan 20%,

sehingga total rugi besi :

1,2 12.83 = 15.396 W

Dirancang oleh :




24


25/30



3. Rugi Tembaga

Panjang rata-rata lilitan jangkar :

( ) ( ) ( ) 678.0008514,05171,03,21214,02.53,2.2 =++=++ sdL m

Resistansi jangkar :

867,04415.02

50604054,0021,0

2

288

2 22=

=

=

z

mia

aa

LZr

pada 75 C

Rugi tembaga jangkar :

( ) ( ) 081.16867,03068.4. 22 ==aa rI W

Rugi tembaga pada medan :

( ) ( ) 37.290567.310.3. 22 ==ff RI W

Panjang lilitan rata-rata interpole :

( ) ( ) 209,00045,01,022 =+=+ oo bL m

Resistansi belitan interpole :

985.03.1

209,0021,01462=

=

=

i

ii

a

rataratapanjangTpr

Rugi tembaga pada belitan interpole :

( ) ( ) 27.18985,03068.4. 22 ==ia rI W

Rugi kontak sikat :Pbc = 2.1534 W

Total rugi-rugi pada mesin :

Rugi tembaga jangkar = 16.081 W

Rugi tembaga medan = 29.37 W

Rugi tembaga interpole = 18.27 W

Rugi kontak sikat = 2.1534 W

Rugi besi = 15.396 W

Rugi gesekan dan angin = 2.386 W +

Total rugi-rugi = 83.6564 W

Daya masukan = Pout + Plosses = 373 + 83.6564 = 456.6564 W

Efisiensi pada beban penuh, %68.81%1006564.456

373 ==

Kenaikan Temperatur Pada Jangkar

Dirancang oleh :




25


26/30



Koefisien pendingin diambil berdasarkan tabel 3.6 (EMD hal 111).

1. Permukaan silinder bagian luar

Luas permukaan silinder bagian luar :

3

1052.411214,010893,0== LD m2.

Koefisien pendingin = ( )016,0

551005.81,01

03,0

1,01

03,0=

+=

+ av

Rugi daya yang dilepaskan = 595.2016,0

1052.413

=

W/C

2. Permukaan silinder bagian dalam

Luas permukaan silinder bagian dalam :

3105.31214,0009202,0 == LDi m2.

Kecepatan linier = 72.025009202,0 == nDi m/s

Koefisien pendingin = ( )029.0

72.01,01

03,0

1,01

03,0=

+=

+ av

Rugi daya yang dilepaskan = 120.0029,0

105,33

=

W/C

3. Permukaan pada ventilasi ductdan pada dua ujungnya

Luas permukaan pada ventilasi ductdan pada dua ujungnya :

( ) ( ) 2563.0009202,010893,04

34

3 2222 ==

iDD m2.

Kecepatan udara di dalam ventilasi duct10% dari kecepatan linier, sehingga :

0,1 8.551005 = 0.8551005 m/s

Koefisien pendingin = 018.08551005,0

015,0=

Rugi daya yang dilepaskan =24.14

018,0

2563.0=

W/C

Total rugi daya yang dilepaskan = Rugi tembaga pada bagian yang aktif + Rugi besi

= 2.595+0,12 + 14.24 = 16.955 W/C

Total rugi yang dilepaskan = rugi tembaga pada bagian yang aktif + rugi besi

= 12.23396.1550604054,0

1214,02081.16 =+

W

Kenaikan temperatur pada jangkar = 363.1955.16

12.23= C

Dirancang oleh :




26


27/30



DATA-DATA MESIN YANG DIRANCANG

Data Mesin yang Dirancang

Jenis Mesin yang Dirancang Motor DC Shunt

Aplikasi Mesin Bor

Daya P 373 W

Putaran n 1500 rpm

Tegangan Kerja V 120 V

Dimensi Utama

Daya Jangkar Pa 426.2857 WKec. Linier Va 8.551 m/s

Diameter Jangkar D 108.93 mm

Panjang Jangkar L 121.4 mm

Jumlah kutub p 2

Frekuensi Jangkar f 25 Hz

Arus Saluran Il 4,3068 A

Arus tiap sikat Ib 2.1534 A

Kisar Kutub 171.02 mm

Busur Kutub b 121.4 mmPanjang Inti Li 108.38 mm

Jangkar

Tegangan Terminal Jangkar V 120 V

Tegangan Jatuh Jangkar Vra 11.16 V

Arus Jangkar Ia 4,3068 A

Teggangan Jatuh Sikat Grafit Es 1 V

Tegangan Induksi Jangkar E 106.84 V

Jumlah Cabang Belitan a 2

Arus Pada Cabang Jangkar Iz 2,1534 A

Jumlah Alur S 12

Dirancang oleh :




27


28/30



Kisar Alur Ys 28.50 mm

Jumlah Sisi Kumparan U 6

Jumlah Lamel C 36

Jumlah Lilitan Tc 4

Juml. Konduktor Jangkar Z 288

Juml. Konduktor per alur Zs 24

Fluksi perkutub 0.014 WbAmper Konduktor per alur Iz * Zs 51.68 Ak

Diameter Komutator Dc 80.6082 mm

Segmen Komutator c 7,0308 mm

Alur

Luas Konduktor ac 0,4415 mm2

Diameter konduktor d 0,75 mm

Luas masing2x Alur as 21.195 mm2

Lebar alur ws 4.924 mm

Dalam Alur ds 8.514 mm

Jarak celah udara lg 0,72 mmTebal inti jangkar yang dipakai dc 6,00 mm

Diameter dlm Jangkar Di 5,092 mm

Sistem Medan

Luas Bodi Kutub Ap 10.660 mm2

Pannjang Aksial Bodi Kutub Lp 121.4 mm

Panjang inti bodi kutub Lpi 109,28 mm

Lebar bodi kutub bp 97.596 mm

Tinggi Kutub hpi 24.365 mm

Luas Yoke Ay 4.94 mm2

Kedalaman Yoke dy 45,26 mmDiameter luar yoke Dy 249.62 mm

Rangkaian Magnetik Medan

Tegangan Medan Vf 9.6 V

Arus Medan If 3.01 A

Resistansi masing2x lilitan Rf 6.0534 Ohm

Panjang rata2x lilitan Lmi 506.04 mm

Juml. Lilitan pd Kump. Medan Tf 220

konduktor 0,021

diameter konduktor d 1.07 mm

Luas Konduktor af 0,898 mm2

Komutator

Lebar Komutator c 7,0308 mm2

Sikat

Jumlah sikat nb 2

Luas masing2x sikat ab 21,539 mm2

Tebal sikat tb 17 mm

Dirancang oleh :




28


29/30



Data-data yang lain seperti interpole dan rugi-rugi telah dicantumkan pada bahasandiatas

Dirancang oleh :




29


30/30



Dirancang oleh :


tugas pme mesin dc shunt frisal latest final

Documents