TUGAS 1 PENGGUNAAN PENGGUNAAN MOTOR LISTRIK (Ir. M. H. Masgunarto Budiman, M.Sc.)
Nama Nim Kelas No.Urut Absen Kode Soal Tanggal Akhir Tugas
: : : : : :
Nurul Amirah 2015 – 11 11 – 197 197 B 29 D 16 April 2017
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TINGGI TEKNIK PLN JAKARTA 2018
I. Diketahui motor parallel dengan data sbb Nomor urut : 29 Pnom : 55 kW Unom :220 Volt ɳ nom :850 rpm Rkutub : 44 Ω T maks yang diperkenankan paprik selama tidak melampaui 2,2 Torsi nominalnya Beban static motor ini Tb = 90% Tnom -
-
-
-
-
Jawablah pertanyaan di bawah ini: 1. Jelaskan prinsip kerja motor DC shunt atau motor penguat bebas ! Motor ini merupakan Motor DC eksitasi sendiri tipe parallel (shunt). Kumparan medan shunt dibuat dengan banyak lilitan kawat kecil sehingga mempunyai tahanan yang tinggi. Motor Shunt mempunyai rangkain jangkar dan medan yang dihubungkan paralel yang memberikan kekuatan medan dan kecepatan motor yang sangat konstan. Kecepatan motor dapat dikontrol diatas kecepatan dasar.Kecepatan motor akan menjadi berbanding terbalik dengan arus medan ini berarti motor shunt berputar cepat dengan arus medan rendah dan berputar lambat pada saat arus medan ditambah. Motor shunt dapat melaju pada kecepatan yang tinggi jika arus kumparan medan menghilang. Dengan menyisipkan tahanan variable yang dipasang secara seri terhadap kumparan medan (pada motor shunt), dapat diatur arus medan (if) dan fluksnya.Cara ini mudah dan sederhana selain itu juga memperkecil rugi panas. Akan tetapi besaran fluks yang bisa dicapai oleh kumparan medan terbatas , sehingga kecepatan yang diatur pun terbatas. Kecepatan terendah didapatkan dengan membuat tahanan variable sama dengan nol. Sedangkan kecepatan tertinggi dibatasi perencanaan mesin dimana gaya sentrifugal maksimum tidak sampai merusak motor. Kopel maksimum ada pada kecepatan terendah`
2. Tulis persamaan kirchoff dan jelaskan cara memperoleh karakteristik mekanis motor ini, dan jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik tersebut dan berbagai cara pengaturan kecepatan jenis motor ini. Persamaan kirchoff karakteristik mekanis motor dc shunt :
= () =
∅
Ra ∅
= 0 – K 2 T
R a = r d + r t , maka : U rd rt = () = Ke∅ Ke Km ∅
.
n = n =
ɸ
-
+ . . ɸ
Cara memperolehnya adalah terdapat gaya gerak listrik (ggl) pada saat motor bekerja serta arus dan beban motor proporsional. Faktor- faktor yang mempengaruhi karakteristik : Tegangan (V)
Resistansi Tambahan (Rt)
Flux (ɸ)
Cara pengaturan kecepatan ada dua jenis, yaitu pengaturan kecepatan dengan variable tegangan dan pengaturan kecepatan dengan resistansi tegangan.
3.
Gambar karakteristik mekanis asli motor ini dan karakteristik mekanis beban serta tentukan berapa nilai torsi maksimum yang di poros motor seandainya motor ini di start langsung pada tegangan pengenal tanpa menggunakan resistans tambahan. Bolehkan demikian. Jelaskan jawabanmu!
Diketahui : Daya Nominal P = 55 kW Tegangan nominal U = 220 V Effisiensi nominal ɳ nom = 0,894 Putaran nominal motor n = 850 rpm Torsi maksimum yang diperkenankan pabrik selama digunakan tidak melampaui 2,2 torsi nominalnya Beban statis motor ini Tb = X % Tnom Ditanya : Gambar karakteristik mekanis asli ? Gambar karakteristik mekanis beban? Nilai torsi maksimum seandainya motor di start tanpa R t? Jawab : R d= 0,5 (1-ɳ )
Karena tidak ada Inom, maka:
=
= =
.
. . , .
= 279
maka
= 0,5(1 0,894) =
. −
= 0,04 Ω
=
. − .,
= 895
= =
. .
= 617
untuk KM beban :
= %. = 90 %. 617 = 555,3
= 2,2. = 2,2 . 617 = 1357
(gambar grafik pada millimeter block)
Motor ini tidak dapat di start langsung tanpa adanya resistansi tambahan yang dipasang pada motor, karena bila motor di start tanpa adanya R t maka torsi yang akan dihasilkan akan melebihi torsi maksimal motor yang diperbolehkan oleh pabrik. Selain itu, bila di start tanpa R t maka akan menghasilkan momen inersia yang besar serta arus yang sangat besar. Arus yang sangat besar dengan waktu start yang lama dapat merusak isolasi dan merusak motor. Hal ini berlaku pada motor besar. Kalau lebih dari
= =
=
, Ω
= 5500
= 617
5500 279
= 12163
4. Rancang pengaturan start motor tersebut dengan menggunakan resistan variabel sehingga aman, tidak membahayakan motor. Gambarlah karakteristik mekanis beban dan karakteristik mekanis motor tersebut (asli/buatan). Berapa tahap diperlukan start menurut rancangan anda? Gambar rangkaian daya untuk start motor ini dan jelaskan bekerjanya. Ƞnom = 0,894 r a = 0,5 ( 1- nnom)
n0 = nnom R nom =
= 0,5 ( 1 – 0,894 ) = 895
− .
=
= 0,0417
−( . ,)
= 0,788 ℎ
V0 = 1 – kecepatan tanpa beban = 1 – 0 = 1 ∆Vnom= Tnom =
=
,
= 0,0529
, . .
=
= 586,871 m
Tmax = 2,2 . 586,871 Nm = 1291,117 Nm T b = 95% . 586,871 Nm = 557,527 Nm Nilai resistansi pada masing-masing tahapan R ₁ = R ₂ =
. R nom =
. 0,788 =
Ω
. R nom =
. 0,788 =
Ω
= 944, 973 rpm
R ₃ = R ₄ = R ₅ =
. R nom =
. 0,788 =
Ω
. R nom =
. 0,788 =
Ω
. R nom =
. 0,788 =
Ω
Resistansi tambahan untuk start R start =
. R nom =
. 0,788 =
Ω
5. Hitung kecepatan beban yang dicapai jika motor bekerja pada karakteristik mekanis tingkat pertama dan pada karakteristik asli. Jelaskan proses start motor ini sampai mencapai kecepatan beban maksimum. i) N b pada karateristik asli (Nnom = 895 rpm ) N b = nnom { 1 – Inom(r d + r t ) } Unom = 895 { 1 - 279 (0.0417Ω + 0Ω) } 220 v = 43,261 rpm ii)
Nb pada karakteristik mekanis tingkat pertama n0 = nom
−.
= 895
= 944, 973 rpm
− ( . , )
N b = n0 { 1 – Inom(r d + r t ) } Unom Nb = 944,973{ 1 - 279 (0.0417Ω + 0Ω) } 220 V = 45,676 rpm Motor ini start dengan 3 tingkatan sehingga membutuhkan 3 kontaktor dan 3 relay kecepatan. Motor tidak boleh di start langsung, Karena jika di start langsung akan menimbulkan torsi yang sangat besar dan melebihi torsi maksimum yang di izinkan oleh pabrik. Pertama-tama semua kontakor tertutup dan motor akan berputar sampai kecepatan tertentu (TB = TM). Kemudian berpidah kharakteristik yaitu salah satu kontaktor akan terbuka satu dan begitu juga selanjudkan ke semua kontaktor terbuka.
6. Rancang pengereman motor ini dengan aman. Gunakan sistem pengereman dinamis, gambar rangkaian daya saat pengereman dinamis dan jelaskan prosesnya. Pada saat pengereman kontak normal buka (NB) kontraktor K terbuka dan kontak NB kontraktor dinamis Ko menutup, sehingga terjadi rangkaian tertutup dengan GGL E motor yang kini bekerja sebagai generator dengan beban resiste Rd. Resistansi Rd ini berfungsi untuk membatasi arus pengereman agar tidak melampui batas yang diperkenakan. Tanpa resistansi ini akan terjadi arus pengereman yang sangat besar sekali Karena nilai GGL saat mulai proses pengereman sama dengan nilai GGL motor E=Ce.ᵩ.n, yang pada umumnya berputar dengan kecepatan penuh sebelum proses pengereman. Nilai arus maksimum saat pengereman harus dibatasi sebagaimana halnya dengan penentuan arus maksimum saat start motor yaitu antar 1,8 s/d 2,5 arus pengenalnya Inom.
Ƞnom = 0,894 Inom =
Pnom ɳ nom . Unom
=
1000 . 55
= 279 A
0,894 . 220 Rd = 0.5 (1 - Ƞnom ) n0 = nom
−.
= 0.5 ( 1 – 0,894)
= 895
= 0,0417 Ω
= 944, 973 rpm
− ( . , )
E = Unom – Inom . Rd = 220 – (279 . 0,0417) = 208,36 V Rt = I=
7.
.
=
+
- Rd =
,
– 0.0417 = 0,373 Ω
.
,
= 502,435 A
. + .
Besar arus pengereman motor
Bila digunakan pengaturan kecepatan dengan tegangan variabel, hitunglah berapa tegangan diperlukan agar kecepatan beban 600 rpm? n b = no { 1- Inom (r d – r t ) } Unom
600 = 895 { 1 - 279 A (0.0417 Ω - 0 Ω) } U 600 = 895 – 895 ( 11,634 V)
600 = 895 – 10412,43 U 10412,43 = 895 – 600 U 10412,43 = 295 U U = 10412,43/295
U = 35,296 Volt
8. Peralatan apa saja yang diperlukan yang dipasang pada rangkaian motor ini untuk keperluan pengendalian motor ini dan jelaskan masing-masing fungsinya ? a. Armature Stator termasuk komponen utama motor listrik. Karena komponen ini akan bersinggungan langsung dengan kinerja motor. Stator merupakan lilitan tembaga statis yang terletak mengililingi poros utama. Fungsi stator adalah untuk membangkitkan medan magnet pada di sekitar rotor. Komponen ini terdiri dari lempengan besi yang dililit oleh tembaga. Tembaga ini dihubungkan dengan sumber arus. Sehingga ketika lilitan tersebut dialiri arus listrik, akan menyebabkan kemagnetan pada stator. Pada sebuah motor umumnya memiliki tiga buah stator coil. Hal ini tergantung kapasitas motor itu sendiri tentunya. Semakin banyak jumlah kumparan, maka semakin besar kemagnetan yang dihasilkan. Hal ini tentunya akan mempengaruhi kecepatan motor. Namun untuk motor listrik berukuran mini, umumnya hanya melengkapi stator menggunakan magnet permanent. Sehingga arus yang digunakan juga lebih ringan. Lantas, apakah magnet permanent bisa digunakan pada motor listrik berdaya besar ? tentu bisa, namun putaran yang dihasilkan cenderung kecil. Itulah sebabnya lilitan magnet menjadi pilihan agar output juga memuaskan. b. Rheostat Penghambat variabel yaitu suatu penghambat yang nilai hambatan listriknya dapat diubah-ubah. Penghambat variabel ini dikenal sebagai rheostat , dan
digunakan untuk mengubah kuat arus listrik yang mengalir melalui rangkaian listrik. Selain itu rheostat berfungsi sebagai penahan beban c. Circuit Breaker Ketentuan yang besarnya arus pengaman tidak boleh melebihi arus nominal kabel yang dipasang pada rangkaian pengendali. d. Kontaktor adalah saklar yang bekerja berdasarkan elektromagnetis digunakan untuk membuka dan menyambung rangkaian listrik (load). Kontaktor bekerja untuk merubah kontak-kontak Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). e. Resistor digunakan untuk menahan arus sementara sebelum arus tersebut diproses dan disalurkan ke komponen lainnya. f. Thermal Over Load Relay adalah peralatan kontrol listrik yang berfungsi untuk memutuskan jaringan listrik jika terjadi beban lebih.Jaringan listrik akan putus bila arus yang melewati lebih besar dari settingarus ThermalOverLoaddengan melalui proses panas yang terdapat pada relay. g. fuse digunakan sebagai proteksi dari arus berlebih h. Rele kecepatan digunakan untuk mendeteksi kecepatan putar motor Peralatan yang digunakan untuk pengendalian motor: a. Armatur : Untuk menghasilkan Gaya gerak Listrik b. Resistansi : Sebagai pengendali agar arus sesuai c. Reostat : Sebagai penahan beban 9. Jelaskan Perbedaan pengaturan kecepatan antara pengaturan dengan R= VAR dan pengaturan dengan U =VAR ? Terjadi perbedaan pada pengaturan kecepatan dengan U= VAR Menentukan kecepatan dengan karakteristik yang landai sedangkan kecepatan dengan R= VAR Menentukan kecepatan dengan karakteristik yang terjal. Karakteristik mekanis landai yaitu karakteristik yang perubahan kecepatan yang terjadi ketika kecepatan motor diatur dengan menggunakan variable tegangan (U). Perubahan kecepatan yang terjadi tidak terlalu signifikan sehingga
membentuk grafik yang landai. Putaran beban hanya mendapat pengaruh kecil dengan pengaturan ini. Pada kerja normal dimana nilai fluksi motor tetap ∅ = ∅, kekerasan karakteristik ditentukan oleh nilai resistans jangkar Ra. Pada karakteristik asli, dimana nilai resistans rangkaian asli, dimana nilai resistans rangkaian jangkar mencapai minimal yaitu saat resistansi tambahan pada rangkaian jangkar Rt=0, nilai karakteristik mencapai maksimal dan dalam keadaan ini karakteristiknya cukup landai . Karakteristik mekanis terjal yaitu karakteristik yang perubahan kecepatan yang terjadi ketika kecepatan motor diatur dengan menggunakan resistansi tambahan (Rd). Perubahan kecepatan yang terjadi sangat signifikan sehingga membentuk grafik yang terjal . Putaran beban mendapat pengaruh besar dengan pengaturan ini Pada kondisi ini perubahan kecepatan motor tidak terlalu besar akibat adanya perubahan torsi beban. Bila karakteristik mekanis motor lebih terjal yaitu pada saat nilai kecil, perubahan nilai kecepatan cukup besar dipengaruhi oleh perubahan torsi beban. Banyak mesin – mesin produksi, mesin pengangkat, dan mesin transport memerlukan karakteristik mekanis yang keras untuk mencapai mutu pengoperasian yang baik. .
10.Apakah ada cara pengereman motor ini selain pengereman dinamis? Jelaskan prosesnya dan apa persyaratannya agar pengereman berlangsung aman? Terdapat 3 macam tipe pengereman yaitu pengereman dinamis, pengereman regeneratif dan pengereman dengan arus bolak-balik. Pada pengereman regeneratif (motor bekerja dalam keadaan generator) terjadi jika motor melampaui kecepatan ideal tanpa beban n0. Ini bisa terjadi pada saaat motor mesin pengangkat menjalaankan ke arah yang sama dengan arah gesekan beban . , misalnya ingin menurunkan dengan kecepatan yang tinggi .pada kondisi tersebut torsi beban sama dengan arah torsi penggerak sehingga kecepatan motor akan melampaui kecepatan ideal n0.
Persyaratan pengereman : Makin tinggi kecepatan motor makin kecil nilai torsi yang dihasilkan.Pada saat kecepatan motor melampaui nilai n0 ini , nilai torsi berubah sehingga pengereman dapat dilakukan dengan aman. Melalui pengereman ini akan berakhir pada saat torsi sama besarnya dengan nilai torsi beban. Pada pengereman dengan arus bolak-balik (motor kondisi reverse) yaitu polaritasnya dibalik ,ditemui pada motor penggerek peralatan pengangkat yang harus bekerja menurunkan barang dengan kecepatan yang relatif rendah atau berhenti dengan presisi pada posisi yang tepat sehingga perlu kecepatan yang rendah sekali Persyaratan pengereman : Untuk mencapai kondisi ini motor harus bekerja pada karakteristik mekanis jika menurunkan beban misalnya dengan torsi T. Pengaturan dapat dilakukan dengan pemasangan resistansi tambahan Rt yang sesuai` dengan karakteristik ini motor akan memberikan torsi awal yang lebih kecil dari torsi beban t baik dari keadaan diam ( berhenti) maupun dari keadaan sedang mengangkat beban.
11.Jelaskan keuntungan menggunakan penggerak listrik dibandingkan dengan penggerak lainnya ? Keuntungan :
Torsi dan kecepatan mudah dikendalikan
Torsi awal besar
Performansi mendekati linear
Sistem kontrolnya lebih mudah dan sederhana
Regulasi kecepatan motor terhadap perubahan torsi beban stabil
