Page 1
Modul 7
Modul 7 Dasar Konversi Energi Listrik 7. Efisiensi Mesin Arus Searah Secara umum efisiensi atau rendemen atau gaya guna dari mesin dapat mengikuti persamaan berikut:
Daya masukan untuk generator berupa daya mekanik dan daya keluarannya berupa daya daya listri listrik, k, sebali sebalikny knya a untuk untuk motor motor,, daya daya masuk masukkan kannya nya berup berupa a daya daya listri listrik k dan dan daya daya keluarannya keluarannya berupa daya mekanik, sehingga harus ada konversi daya mekanik yang berupa daya kuda (hp) dengan daya listrik yang berupa watt sebagai berikut:
Berdasarkan rumus umum tersebut diatas maka untuk :
7.1 Efisiensi generator arus searah Persamaannya Persamaannya dapat di tuliskan :
Karena , daya masukkan dalam watt (watt masukan) = saya keluaran dalam watt (watt keluaran) di tambah dengan rugi – rugi daya dalam watt (watt rugi – rugi) maka efisiensi untuk generator dapat di tuliskan :
Atau
Atau
Rugi – rugi daya pada mesin arus searah dapat berupa : a. Rugi Rugi – rugi daya daya karena karena rotasi, rotasi, terdiri terdiri dari gesek gesek bantalan, bantalan, rugi gesek gesek sikat dan rugi rugi angin. b. Rugi Rugi – rugi rugi daya daya karena karena inti (rugi (rugi inti) inti) berupa berupa histe histeris risis is dan rugi arus arus puser puser (eddy (eddy current). c. Rugi Rugi – rugi rugi daya karena karena tembag tembaga a ( rugi rugi tembaga) tembaga) terja terjadi di pada pada kumpar kumparan an medan medan shunt, seri, kumparan kutub bantu (interpole) dan kumparan kompensasi.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
1
Page 2
Modul 7
d. Rugi – rugi daya sasar atau rugi beban sasar (stray load loss) karena faktor – faktor distorsi dan tidak seragam arus pada kumparan jangkar serta arus hubung singkat pada kumparan.
7.2 Efisiensi motor arus searah. Berdasarkan persamaan umum maka untuk motor efisiensinya dapat juga mengikuti persamaan berikut:
Berhubung karena: watt masukan = (hp keluaran x 746) + watt rugi – rugi maka :
Atau
Atau
Contoh soal 1 Generator arus searah kompon rata 10 Kw, 250 volt, rangkaian ekivalennya berupa kompon panjang mempunyai resistans medan shunt sebesar 125 ohm, resistans rangakaian jangkar 0,4, resistans medan seri 0,05 ohm, rugi – rugi beban sasar 540 watt, rugi tegangan pada sikat waktu beban penuh sebesar 2 volt, hitung efisiensinya. Penyelesaian: Arus beban penuh
Arus pada medan shunt
Arus pada jangkar
Rugi – rugi daya : Daya sasar
540 watt
Jangkar
705 watt
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
2
Modul 7
Page 3
Medan seri Medan shunt 250 x 2 Kontak sikat 2 x 42 Rugi – rugi daya total
88 watt 500 watt 82 watt 1.917 watt
Contoh soal 2 Motor arus searah 15 hp mempunyai rugi – rugi total sebesar 1.310 watt waktu bekerja dengan beban penuh. Hitung efisiensinya. Penyelesaian :
Contoh soal 3 Pada tegangan 230 volt, sebuah motor dc shunt berjalan pada 1000 rpm dan menaruik arus 5 Amp. Tahanan jangkar dari motor 0,025 dan tahanan medan shunt 230 ohm. Hitunglah rugi kecepatan apabila motor tersebut di bebani dan menarik arus dari jala 41 Amp. Reaksi jagkar di abaikan. Penyelesaian: Dalam hal ini berlaku:
Pada kondisi awal :
Jadi
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
3
Page 4
Modul 7
Pada kondisi kedua :
, sebab mesin shunt, maka berlaku :
Jadi
Contoh soal 4 Sebuah motor dc 230 volt menarik arus pada beban nol 2 amp dan berputar pada kecepatan 1200 rpm, jika arus beban penuh 40 amp, tentukanlah : a) Kecepatan beban penuh. b) Prosentase regulasi kecepatan. Angggap bahwa fluksi sisa tetap. Tahanan jangkar 1,25 ohm. Penyelesaian: Tahanan medan shunt tidak di berikan, arus medan shunt tidak dapat dihitung, maka kedua hal ini diabaikan.
…..? Berlaku :
Jika
, mesin shunt, maka :
Jadi
Jadi % regulasi kecepatan
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
4
Modul 7
Page 5
Contoh soal 5 Sebuah generator dc shunt mengirimkan daya 50 Kw pada 250 volt apabila berputar pada kecepatan 400 rpm. Tahanan jangkar dan medan berturut turut 0,02 ohm dan 50 ohm. Hitunglah kecepatan mesin apabila di jalankan sebagai motor shunt dan mengambil daya 50 Kw pada tegangan 250 volt. Ambil rugi tegangan kontak 1 volt persikat. Penyelesaian : 1) Sebagai generator
rugi tegangan sikat 2 x 1 = 2 volt. Jadi
2) Sebagai motor :
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
5
Page 6
Modul 7
= kecepatan sebagai generator. = kecepatan sebagai motor , (mesin shunt) Maka :
Jadi
Contoh soal 6 Hitunglah gaya gesek listrik pada generator dc 8 kutub dengan belitan gelung. Jika generator tersebut bergerak pada kecepatan 300 rpm dalam kuat medan magnet 0,05 weber dan mempunyai 960 konduktor jangkar. Pemecahan Kita ketahui rumus gaya gesek listrik adalah
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
6
Modul 7
Page 7
adalah fluks/ kutub Z adalah jumlah dari batang konduktor N adalah kecepatan dalam satuan rpm P adalah jumlah kutub A adalah jumlah hubungan paralel. Dari soal diatas ,
Z = 960, N = 300/60 = 5 rpm
Sehingga,
Contoh soal 7 Gaya gerak listrik generator pada keadaan tanpa beban menghasilkan 500 volt. Generator tersebut mempunyai jumlah belitan 144 alur dengan 6 batang konduktor/alur yang di hubungkan secara belitan gelung. Dimisalkan generator tersebut mempunyai 8 kutub. Carilah besarnya fluks/kutub jika kecepatan nominal generator 400 rpm. Pemecahan Diberikan E = 500 V P = A + 8, Z = 144 x 6 = 846, dan N = 400. Gunakan persamaan dari gaya gerak listrik sehingga:
Contoh soal 8 Generator kompon panjang 4 kutub mempunyai kemampuan (rating) 500 V. 25 kW pada keadaan beban penuh. Jika tahanan jangkar 0,03 ohm. Tahanan medan seri 0,04 ohm dan tahahan medan shunt 200 ohm tentukanlah gaya gerak listrik generator tersebut, bila tegangan jatuh pada sikat 1 volt/sikat. Pemecahan Arus beban mesin pada keadaan beban penuh adalah
Arus medan shunt
Arus jangkar = 50 + 2,5 = 52,5 ampere Ggl induksi = 500 + 52,5 (0,03 +0,04) + 2 x 1 = 505,675 volt.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
7
Modul 7
Page 8
Contoh soal 9 Kemampuan generator shunt adalah 24 kW pada tegangan 200 volt. Jika tahanan jangkar dan tahanan medan shunt berturut – turut 0,05 ohm dan 40 ohm. Tentukanlah efisiensi keseluruhannya jika rugi – rugi gesekan dan rugi – rugi besi sama dengan rugi tembaga pada keadaan beban tersebut. Pemecahan Pada keadaan tegangan terminal 200 V dan tahanan medan shunt 40 ohm
Arus beban penuh = 24 x 1000/200
Rugi – rugi Rugi tembaga pada jangkar Rugi tembaga pada tahanan medan shunt Jumlah kerugian tembaga = 1781,25 W. sehingga kerugian besi dan gesekan = 1781,25 W Jumlah rugi – rugi keseluruhan = 3562,5 W Daya yang disuplai = 24.000 watt Daya yang dimasukkan = 24.000 + 3562,5 = 27.562,5 W Efisiensi
= 24.000/27 562,5 x 100% = 87,1 %
Contoh soal 10 Motor shunt berputar 1000 rpm, dengan numerik arus 25 ampere dari sumber. Jika tegangan sumber 250 volt dan tahanan jangkar serta tahanan medan berturut – turut 1 ohm dan 250 ohm, hitunglah fluks / kutub, jangkar mempunyai 48 alur dengan 4 konduktor/alur dan dihubungkan gelung. Juga hitung efisiensi jika rugi – rugi besi, gesekan dan belitan adalah 800 watt. Pemecahan Di ketahui bahwa :
Arus sumber = 25 ampere
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
8
Modul 7
Page 9
Tahanan medan 250 ohm. Sehingga :
(Karena merupakan belitan gelung P = A) Daya masuk ke mesin = 250 x 25 = 6250 watt Daya masuk ke jangkar = 226 x 24 = 5424 watt Jika rugi – rugi gesekan, belitan, histerisis, dan arus eddy sebesar 860 watt, maka daya keluara = 5424 – 800 = 4624 watt Sehingga efisiensi = 4625/6250 x 100%
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR- UMB
Ir. Badaruddin, MT.
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
9
