Penggunaan Motor Listrik
Motor Arus Searah DC
!
erdasark erdasarkan an jenis desain desain dan cara penempatan penempatan lilitan jangkar pada alurnya (slot), maka terdapat dua buah jenis motor arus
searah DC, yaitu
Motor arus searah jenis lilian gelombang ("a#e "inding) Motor arus searah jenis lilitan gelung (lap "inding)
$%&% Persamaan 'egangan Motor Arus Searah (DC)
'
eganga egangan n yang yang dicatu dicatuka kan n pada pada termi terminal nal motor motor arus arus searah searah adal adalah ah tega tegang ngan an DC, DC, di mana ana tega tegang ngan an ini ini merup erupak akan an sum su mber
utam utama a
unt untuk
mengg engger era akkan kkan
puta putarran
moto otor%
Persa ersam maan aan tega tegang ngan an pada pada motor otor arus arus sear searah ah DC yang yang
berhubunan dengan putaran motor adalah sebagai berikut E a
=
Cnφ
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%( & )
Di mana
C
konstanta mesin
n
putaran motor (rpm)
φ
uks
E a
tegangan in induksi p pa ada ja jangkar (+ (+olt)
magnet
pada
belitan
medan
eksitasi
(*eber)
onstant tanta a mesin esin C adal adalah ah para parame mete terr yang yang teta tetap, p, karen arena a su suat atu u konst konstru ruksi ksi mesin mesin bersibersi-at at tetap tetap dan dan tidak tidak pernah pernah beruba berubah, h, di mana mana konstruksi suatu mesin telah ditetapkan pada saat motor arus searah terseb tersebut ut direnc direncana anaka kan n dan buat buat pada pada pabrik pabrikan% an% onstru onstruksi ksi mesin mesin C adalah sebagai berikut
&
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik Z
C =
x
p
60 A %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%( $ )
Di mana
Z
jumlah total konduktor pada jangkar
p
jumlah kutub magnet
A
jumlah paralel konduktor jangkar (A$
untuk
jenis
lilitan
gelombang
("a#e
"inding) dan Ap untuk jenis lilitan gelung(lap "inding))
$%$% Persamaan Dinamis Motor Arus Searah (DC)
.
aya yang terjadi pada poros motor arus searah yang merupakan hasil output dari
motor
arus searah DC
dikarenakan adanya arus listrik pada jangkar, di mana
jangkar tersebut ditempatkan di sekitar medan magnet
yang dihasilkan oleh belitan medan eksitasi% Sehingga persamaan kecepaan pada motor arus searah DC, tergantung dari besarnya tegangan pada jangkar, dan uks magnet yang dibetuk oleh medan eksitasi, serta konstruksi mesin itu sendiri, sehingga berdasarkan pada persamaan (&), maka putaran motor adalah sebagai berikut n=
E a C φ %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%( / )
Daya keluaran mekanis atau daya output pada jangkar adalah P m
=
E a I a
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%( 0 )
$
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik 'orsi mekanis dari suatu benda berputar, adalah sebanding dengan daya mekanisnya dan berbanding terbalik dengan kecepatan sudutnya, maka τ m
=
P m ω %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%( 1 ) Di mana
P m
daya mekanis (*att)
I a
arus jangkar (Ampere)
ω
kecepatan sudut (rad2s)
τ m
torsi mekanis (3m)
ecepatan sudut ω adalah ω = 2π f %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%( 4 ) ω = 2π
n p 60 2
=
π np 60 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%( 5 )
Dari persamaan (0) sampai dengan persamaan (5) kalau disubtitusikan, maka τ m
=
E a I a ω %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%( 6 ) τ m
=
60Cnφ I a
π np
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%( 7 )
Dan bila persamaan ($) disubsitusikan pada persamaan (7), maka τ m
=
φ I a
Z π A
=
0,31φ I a
Z A %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%( 7 ) /
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik τ m
≈
φ I a
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%( &8 )
Dari persamaan (&8) terlihat bah"a torsi mekanis dari suatu motor arus searah DC, sebanding dengan perubahan uks magnet yang dihasilkan oleh medan eksitasi dan arus listrik yang mengalir pada jangkar%
Sedangkan torsi yang terjadi pada poros atau sha-t (
τ sh
) adalah torsi
mekanis yang sudah dikurangi dengan rugi9rugi torsi yang terdiri dari rugi besi dan rugi gesekan%
$%/% arakteristik Motor Arus Searah (DC) Shunt
M
otor arus searah (DC) shunt adalah suatu jenis motor arus searah DC di mana antara belian jangkar dan belitan medan eksitasi dihubungkan secara paralel atau sering disebut hubungan shunt% .ambar rangkaian eki#alent
dari motor arus searah DC shunt, diperlihatkan pada gambar berikut I a
I +
I f
Ra
R f M E a
V t
-
0
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik Dari
gambar
disampig
ini,
maka
persamaan tegangan nya adalah sebagai berikut E a
=
V t − I a Ra
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
(&&) V t
=
I f R f
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%(&$) I = I a
+
I f
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%(&/)
Sedangkan daya masukkan atau daya input adalah P in
=
V t I
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%(&0)
Di mana
E a
tegangan jangkar (+olt)
V t
tegangan terminal ('egangan input) (+olt)
I a
arus jangkar (Ampere)
I f
arus medan eksitasi (Ampere)
I
arus total (Ampere)
Ra
tahanan jangkar (:hm)
R f
tahanan medan eksitasi (:hm)
P in
daya masukan (*att)
Apabila persamaan (&&) disubsitusikan ke dalam persamaan ($), maka n=
V t − I a Ra C φ
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%(&1)
1
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik !erdasarkan persamaan (&8), maka torsi mekanis untuk motor DC shunt adalah hanya sebanding dengan arus jangkarnya saja, di mana τ m
≈
I a
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%( &4 )
Sesuai persamaan (&1) dan (&4) tersebut, maka karakteristik dari motor arus searah DC Shunt dapat digambarkan sebagai berikut
n
n a t a p e c e K
a
i s r o T
arus jangkar
arus jangkar
Ia
n
n a t a p e c e K
Torsi
n = f ( I a )
4
Motor Arus Searah DC
a
τ m
=
f ( I a )
Ia
Penggunaan Motor Listrik
n
=
f (τ m )
Dari karakteristik torsi terhadap arus jangkar, diperlihatkan bah"a kenaikan torsi mekanis pada motor arus searah DC shunt adalah linier terhadap kenaikan arus jangkarnya% Sedangkan pada karakteristik kecepatan terhadap arus jangkar, maka kecepatan motor DC shunt akan menurun bila terdapat peningkatan arus jangkar% arena kenaikan torsi linier dengan arus jangkar, maka bila torsi mengalami peningkatan, maka kecepatan motor arus DC shunt juga mengalami penurunan% Dari ketiga gra;k di atas, juga memperlihatkan bah"a motor arus searah DC I a
shunt dapat dioperasikan dalam keadaan tanpa beban (
=
0
)
$%0% arakteristik Motor Arus Searah (DC) Seri
M
otor arus searah (DC) seri adalah suatu jenis motor arus searah DC di mana antara belian jangkar dan belitan medan
eksitasi
dihubungkan
secara
seri%
.ambar
rangkaian eki#alent dari motor arus searah DC seri,
diperlihatkan pada gambar berikut
5
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik I a
R f +
Ra
M
V t
E a
-
Dari
gambar
disampig
ini,
maka
persamaan tegangan nya adalah sebagai berikut E a
=
V t − I a Ra
+
R f
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
(&5) I = I a
=
I f
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
(&6) Daya masukkan adalah P in
=
V t I
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%(&7)
Apabila persamaan (&5) disubsitusikan ke dalam persamaan ($), maka
n=
V t − I a R a C φ
+
R f
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%($8)
I arena uksi magnet ( φ ) terjadi akibat dari adanya arus medan ( f ), I f
dan untuk motor arus searah DC di mana arus medan ( I a
dengan arus jangkar (
6
) adalah sama
) , serta berdasarkan persamaan (&8), maka
Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik torsi mekanis untuk motor DC seri adalah sebanding dengan kuadrat arus jangkarnya, di mana
τ m
≈
I a2
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%( $& )
Sesuai persamaan ($8) dan ($&) tersebut, maka karakteristik dari motor arus searah DC Seri dapat digambarkan sebagai berikut
n
n a t a p e c e K
arus jangkar
Ia
a
i s r o T
arus jangkar
7
Motor Arus Searah DC
Ia
Penggunaan Motor Listrik τ m
n
=
=
f ( I a )
n = f ( I a )
f (τ m )
Dari karakteristik torsi terhadap arus jangkar, diperlihatkan bah"a kenaikan torsi mekanis pada motor arus searah DC seri adalah sebanding terhadap kenaikan arus jangkarnya atau mengikuti gra;k secara eksponensial % Sedangkan pada karakteristik kecepatan terhadap arus jangkar, maka kecepatan motor DC shunt akan menjadi tak terhingga pada saat beban nol, dan sebaliknya, arus nya akan tinggi sekali bila kecepatan putarnya mendekati nol% Demikian juga terhadap gra;k kecepatan terhadap torsi, di mana kenaikan torsi lakan di ikuti oleh penurunan kecepatan motor% Dari ketiga gra;k di atas, juga memperlihatkan bah"a motor arus searah DC shunt tidak dapat I a
dioperasikan dalam keadaan tanpa beban (
=
0
), karena kecepatannya
akan sangat tinggi sekali, serta saat motor keadaan medekati nol (start ) maka arus nya juga akan tinggi sekali%
$%1% Daya dan <;siensi Motor Arus Searah DC
inerja dan per-ormance dari suatu motor arus searah (DC) dapat dilihat dari e;siensinya% Di mana e;siensi motor arus searah DC tergantung dari rugi9rugi daya karena listrik, yang terdiri dari rugi tembaga, rugi magnetik dan rugi mekanik%
&8 Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik =ugi > rugi tembaga terdiri dari rugi tahanan jangkar dan tahanan medan shunt ataupun seri% =ugi9rugi magnetik atau disebut rugi besi ini terjadi pada celah udara antara stator dan rotor, terdiri dari rugi histeria dan arus
.ambar bagan di ba"ah ini memperlihatkan skema kon#ersi energi pada motor arus searah DC% t u p n I a y a D
i a g u g a R - b i g m u e R T
a d r a a P k g a n y a a J D
k i e g s u e R - G i g & u i R s e B
t u p t u O a y a D
<;siensi listrik adalah perbandingan daya output pada jangkar dengan daya input pada terminal, di mana η e
=
P m P in
x100%
?????????????????????????%
($$) η e
=
E a I a V t I
x100%
????????????????????????%
($/) η e
=
P in
−
P Rug iCu
P in
x100%
?????????????????????%%%
($0)
<;siensi mekanis adalah perbandingan daya mekanis pada jangkar P out
dengan daya mekanis yang terjadi pada poros atau sha-t ( mana
&& Motor Arus Searah DC
), di
Penggunaan Motor Listrik η m
=
P out P m
x100%
????????%%%%%???????????????%
($$) η m
=
P m − P Besi − P mekanis P m
x100%
?????????%%?????????%
($/)
$%4% Contoh Soal dan Pembahasan &% Sebuah motor DC shunt mempunyai kapasitas 18 @P, 188 + dan &888 rpm dioperasikan dalam keadaan beban penuh mempunyai e;siensi 78% Bika tahanan jangkar 8,$0 :hm dan tegangan jatuh pada sikat adalah $ +, serta arus medan eksitasi adalah &, A, maka hitunglah a) Arus yang diambil pada jala9jala b) 'orsi pada poros c) Arus yang mengalir pada jangkar d) 'egangan pada jangkar e) Daya mekanis pada jangkar -) =ugi daya tembaga dan e;siensi listrik g) =ugi daya besi dan mekanis serta e;siensi mekanis
Ba"ab Daya output (beban penuh) 18 @P (18)(504)/5%/88 *att 'egangan terminal
V t
188 +
ecepatan n &888 rpm <siensi η 78 8,7 'ahanan jangkar
Ra
8,$0 :hm
'egangan sikat $ + Arus medan
I f
& A
'egangan input adalah &$ Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik P in
P out
=
=
η
37300
=
0,9
41444
*att
Arus total yang diambil pada jala9jala adalah I =
P in
=
V t
41444 500
82,9
A
'orsi pada poros adalah τ sh
P out
=
2π n 60
=
41444 2π 1000 60
=
356
3m
Arus pada jangkar I a
=
I − I f
=
82,9 − 1 = 81,9
A
'egangan pada jangkar E a
V t − I a R a
=
=
500 − ( 81,9 * 0,24 )
=
480,344
+olt
Daya mekanis pada jangkar P m
=
E a I a
=
480,344 * 81,9 = 39340
*att
=ugi Daya tembaga pada jangkar P cu
=
P in
−
P m
=
41444 − 39340
=
2103
*att
<;siensi listrik η e
=
P m P in
=
39430 41444
x100% = 94,9%
=ugi Daya besi dan mekanis P Bes i + P mekanis
=
P m
−
P out
=
39340 − 37300
=
2040
*att
<;siensi mekanis η m
=
P out P m
=
37300 39340
x100% = 94,8%
$% Sebuah motor DC seri $$8 + mengambil arus dari jala9jala 08 A dan berputar dengan kecepatan 688 rpm% Bika tahanan jangkar 8,$ :hm dan tahanan medan 8,& :hm, serta rugi besi dan rugi mekanis nya sebesar 8,1 k*, hitunglah torsi yang dibangun pada jangkar, berapa daya outputnya serta e;siensinya &/ Motor Arus Searah DC
Penggunaan Motor Listrik
Ba"ab % V t
'egangan terminal Arus jala9jala
$$8 +
I = Ia = I f
Ra
'ahanan Bangkar 'ahanan medan
08 A
8,$ :hm 8,& :hm
R f
=ugi besi dan rugi mekanis
P besi
+
P mekanis
188 *att
'egangan pada jangkar E a
=
V t − I ( Ra
+
R f
=
220 − 40( 0,2 + 0,1)
=
208
+
'orsi pada jangkar τ m
=
P m
=
ω
E a I a 2π n / 60
=
208 * 40 2π 800 60
=
99,3
3m
Daya output pada poros P out
=
P m
−
= 7820 ( P Bes i + P mekanis ) = ( 208 * 40) − 500 *att
<;siensi motor DC seri η =
P out P in
x100% =
7820 220 * 40
&0 Motor Arus Searah DC
x100% = 88,86%
