PERANCANGAN MOTOR DC KOMPON ( SHUNT 60%) I. DATA DATA-D -DAT ATA A DARI DARI MOTO MOTOR R
1. 2. 3. 4.
Jenis motor Daya motor (P) Putaran (n) Tega egangan (Vs)
: Motor DC Kompon Shunt Pendek (medan shunt 60%) : 370 W = 0,37 kW : 1000 rpm : 36 V
II. PERANC PERANCANG ANGAN AN MOTOR MOTOR
Jenis motor dc kompon yang digunakan adalah kompon shunt pendek, sehingga rangkaian pengganti dari motor adalah sebagai berikut: Ise
IL
Ish
Lse + _
VS
Ia +
Lsh
Ea _
Gambar 1. Rangkaian pengganti motor dc kompon shunt pendek Daya jangkar untuk motor dengan asumsi efisiensi ( η ) = 0,95: ( 2η + 1) P a = xP 3η P a
=
+1) x370 = 376 ,5W 3 x 0,95
(2 x 0,95
1. DIMENSI UTAMA a.
Diameter dan panjang jangkar
Kecepatan linier maksimal motor dc yang diijinkan V a = 30 m/s (Sawhney, 505) Diasumsikan Va = 6 m/s Putaran motor dalam rps n =
1000 60
rps = 16,667 rps
Diameter jangkar: V a D
. .n =π D
=
V a
π .n
=
6
π .16 ,667
= 0,115 m = 115 mm
Dari gambar 9.19 (Sawhney,494) didapatkan nilai Bav = 0,15 wb/m 2 dan dari gambar 9.20 (Sawhney, 495) didapatkan nilai ac = 25000 A/m −3 2 Co = π . Bav .ac .10 1
= π 2 .0,15 .25000
Co
.10 −3
= 37 ,001
•
Penentuan jumlah kutub (p) didasarkan pada tabel 9.4 (Sawhney, 505), yaitu dengan mempertimbangkan kisar kutub ( τ )<240: π D .
τ =
τ =
p
π .115
= 180 mm
2
(τ ≤ 240 mm )
jadi jumlah kutub p = 2 adalah memenuhi syarat. ψ antara
(Sawhney,506) untuk perancangan motor ini diambil ψ = 0,7
0 ,64 - 0 ,72
Panjang jangkar .τ L =ψ L = 0,7.180
•
Frekuensi fluksi: f =
pxn 2 2 x16 ,667
f =
• Li nd
=126 mm = 0,126 m
2
Hz = 16 ,667 Hz
Panjang inti sebenarnya =
=
0,9[ L
−
( nd xI d ) ]
jumlah ven tilasi duct
I d panjang ventilasi =
Li
= 0,9[ 0,126 − (1 x0,01) ] = 0,104 mm
2. PERANCANGAN JANGKAR 2.1. Kumparan Jangkar
Tegangan terminal 36 V sehingga I L
=
370 36
= 10 ,28 A
arus yang diijinkan mengalir pada kumparan shunt 60% dari I L
= 60%. I L I sh = 0,6.10 ,28 = 6,168 A
I sh I L I L
= I se = I a + I sh
maka arus jangkar I a
= I L − I sh = 10 ,28 − 6,168 = 4,112 A
Tegangan jatuh pada kumparan jangkar berdasarkan grafik 9.45 (Sawhney,521) 2
P a xrpm
= 0,3765 .1000 = 376 ,5kW − rpm = 0,3765 .10 3 W − rpm = 0,03765 .10 4 W − rpm
maka tegangan jatuh V Ra
= 7%. 36 = 2,52V
Tegangan induksi jangkar tegangan jatuh pada sikat (e s) dari bahan grafit atau arang sebesar 1 V maka E a
= 36 − 2,56 − 2(1) = 31,48V
a. Tipe be belitan
Tipe belitan yang digunakan adalah belitan gelung tunggal karena sesuai untuk mesin-mesin bertegangan rendah dan arus besar. Y1 Y2
Y
1
2
3
4
YC
Gambar 2.1.1. Lilitan Gelung Tunggal Belitan gelung yang direncanakan adalah sebagai berikut: • U = 1 sehingga S = k (jumlah alur = jumlah lamel) • 2a = 2p = 2 atau a = p = 1 (pasang cabang jangkar = pasang kutub) • jumlah kutub = jumlah sikat = jumlah cabang jangkar Iz
Ia
Ia Iz
Gambar 2.1.2. Diagram percabangan arus I a
= 4,112 A
maka arus pada masing-masing cabang jangkar (I z) I z
=
I a 2
4,112 112 =
=
2
2,056 056 A
3
b. Jumlah konduktor jangkar (Z) Fluksi perkutub
φ = B av .τ . L
= 0,15 x 0,18 x 0,126 = 0,0034 Wb = 3,4.10 −3 Wb maka Z = Z =
E a .a
φ . p.n 31,48 .2
= 556
3,4.10 −3.2.16 ,667
p = jumlah kutub ; a = jumlah cabang paralel Jumlah total sisi kumparan S s = 2 x 14 = 28 Jumlah konduktor per sisi kumparan (Z sk )
=
Z sk
Z S s
= 556 = 19,86 ≈ 20 = Tc 28
sehingga Z = Z sk .Ss = 20.28 = 560 lilit dan jumlah konduktor tiap alur Z s = Zsk .2 = 20.2 = 40 lilit Amper konduktor tiap alur = I z . Zs = 2,056.40 = 82,24 Ak Dengan berubahnya jumlah konduktor (Z) maka akan mengubah nilai fluksi perkutub dan diperoleh Bav dan ac yang baru. φ =
E .a Z . p.n
Bav
=
P a
= Co . D
Co
=
Co
=
ac =
φ τ . L
=
31 ,48 x 2 560 .2.16 ,667
= 3,373 .10 . L.n
2
D . L.n
=
0,3765 2
0,115 .0,126 .16,667
= 13,556 kW / m 3 − rps
. Bav .ac.10 −3
Co 2 π
= 0,1487 ≈ 0,15Wb / m 2
0,18 .0,126
2
P a 2 π
−3
= 3,373 .10 −3 Wb
. Bav .10 −3
=
13,556 2 π
.0,15.10 −3
= 9500 A / m
c. Jenis konduktor
Jenis konduktor yang digunakan tembaga dengan permukaan bulat berisolasi email. Kerapatan arus ( δ ) pada konduktor 2 s/d 6 A/mm 2. 2 digunakan δ a = 2 A/mm Luas konduktor A = d =
I z
δ a
Ax 4
π
= =
2,056 2
= 1,028 mm 2
1,028 x 4
π
= 1,144 mm
4
Konduktor yang digunakan jenis konduktor bulat (synthetic enamel) dengan diameter nominal konduktor d = 1,12 mm, maka luas konduktor menjadi A =
π .d 2 4
=
π .1,12 2 4
= 0,985 mm 2
Kerapatan arus menjadi δ =
I z A
=
2,056 0,985
= 2,1 A / mm 2 (memenuhi
syarat karenanila i δ berada pada range yang diijinkan)
2.2. Perancangan Alur a. Jumlah alur (S)
Kisar alur (YS) standart untuk mesin dc adalah 25 s/d 35, sehingga jumlah alur: S = S =
π . D Y S
π .115 35
= 10
s/d S =
π .115 25
= 14,45
diambil jumlah alur S = 14 alur π .115 = 25 ,806 mm dan kisar alur menjadi Y S = 14
b. Ukuran alur
Luas masing-masing alur a s
=
Z s xA sf
sf = faktor permukaan = 0,4 a s
= 40 x0,985 = 98 ,5mm 2 0,4
Lebar alur (WS) dan dalam alur (d S). Tiap alur terdiri dari Zs = 40 konduktor sehingga letak konduktor dapat diatur menjadi, 8 konduktor pada bidang vertikal dan 5 konduktor pada bidang horisontal.
5
Lip Wedge
dS
Konduktor Separator
Mika
WS
Gambar 2.2.1. Alur Jangkar
Gigi
Alur
YS
Wt
WS
Gambar 2.2.2. Alur dan gigi jangkar
•
•
Lebar alur (WS) Konduktor + isolasi (fine covering) : 5 x 1,19 = 5,95 mm Isolator (mika) : 2 x 0,5 =1 mm spasi : 0,5 = 0,5 mm
Kedalaman alur (dS) Konduktor + isolasi Lip + wedge separator spasi
Total
= 7,45 mm
: 8 x 1,19 : 0,5 + 3 :1 : 0,5
= 9,52 = 3,5 =1 = 0,5
Total
= 14,52 mm
mm mm mm mm
6
c. Koreksi
Kerapatan fluksi pada daerah 1/3 bagian kedalaman/ketinggian gigi alur (bagian tersempit) tidak boleh melebihi 2,1 Wb/m2
Y S 1
3
Y S 1
3
(
)
(
)
π . D − 4 xds 3 = S π D − 4 .14,52 3 = 21,462mm = 21,462.10− 3 m = 14
Lebar gigi pada 1/3 bagian kedalaman gigi alur:
W t 1
−3
= 2 1,4 6 2− 7,4 5 = 1 4,0 2 1m m = 1 4,0 2 1.1 0
m
3
Kerapatan fluksi pada 1/3 kedalaman:
Bt 1
=
3
p.φ
ψ .S . Li .W t 1
3
2.3,373.10 3 −
Bt 1 Bt 1
=
3 <
3
−
0,7.14.0,104.14,012.10
3
=
0,472W b/ m 2
2,1W b/ m 2 (memenuhisyarat)
d. Celah udara
Gaya gerak magnit (ggm) per kutub (AT a) AT a
=
I a . Z 2. p
=
4,112 .560 4
= 575 ,68 At
ggm pada celah udara adalah 0,5 s/d 0,7 x ggm jangkar ditentukan AT g
= 0,7.575 ,68 = 402 ,976 At
Jarak celah udara yang diijinkan antara 0,01 s/d 0,015 dari kisar kutub, sehingga jarak celah udara antara 1,8 mm s/d 2,7 mm. Diasumsikan faktor kontraksi celah udara K g = 1,15 maka jarak celah udara (lg) : l g
=
l g
=
At g (800000 . Kg .Bg ) 402 ,976
(800000 .1,15 .0,21)
= 2,1.10 −3 m = 2,1mm (memenuhi
syarat)
Kerapatan fluksi maksimum pada celah udara Bg =
Bav
ψ
= 0,15 = 0,21Wb 0,7
/ m2
7
2.3. Inti Jangkar
Fluksi inti jangkar φ φ c = 2
=
3,373 .10
−3
2
=1,69 .10 −3 Wb
Dengan membatasi kerapatan fluksi pada inti jangkar tidak lebih dari 1,25 Wb/m 2, maka: a. Luas inti jangkar (A c) Ac
=
φ c
1,2 1,69.10
=
-3
1,2
=1,41 .10 −3 m 2
b. Tinggi inti jangkar (d c) d c
=
Ac
=
1,41.10
Li -3
0,104
= 0,0135 m
c. Tebal inti jangkar = dc
Tebal inti jangkar yang dipakai d c = 14 mm Sehingga luas penampang inti jangkar (A c): Ac
= Li .d c = 0,104 .0,014 = 1,46 .10 −3 m
Kerapatan fluksi pada inti (Bc): φ c Bc
=
=
Ac 1,69.10 1,46 .10
-3
−3
= 1,16Wb / m 2
d. Diamater dalam inti jangkar (Di) Di
2.4.
= D − 2(d S + d c ) = 0,115 − 2(0,01452 + 0,014 ) = 0,058 m = 58 mm Komutator
a.
Jumlah lamel (k)
Karena U = 1 maka jumlah lamel sama dengan jumlah alur k = S = 14 • Diameter komutator (Dc) (Sawhney,568) umumnya antara 0,6 s/d 0,8 dari diameter jangkar, karena tegangan dari motor rendah maka digunakan 0,8xD Dc = 0,8 x 0,115 = 0,092 m = 92 mm 8
Kisar segmen komutator β c 2.5.
=
π . Dc k
=
π .92 14
= 21mm
Perancangan Belitan Jangkar
Belitan yang digunakan adalah belitan gelung tunggal dengan: u=1 S = k = C = 14 2a = 2p = 4 atau a = p = 1 Yc = 1 Kisar alur Y S
≤
S 2 p
Y S
≤
14
2 Y S ≤ 7
ditetapkan YS = 6 sehingga: Y1 = 2.u.YS + 1 = 2.1.6 + 1 = 13 Y2 = 2 Yc – Y1 = -11 Daftar Lilitan Lamel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Sisi-sisi kumparan 1 – 14 3 – 16 5 – 18 7 – 20 9 – 22 11 – 24 13 – 26 15 – 28 17 – 2 19 – 4 21- 6 23 – 8 25 – 10 27 – 12
Lamel 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
3. PERANCANGAN SISTEM MEDAN 3.1 Bagian Kutub
Koefisien kebocoran fluksi di kutub utama (C i) diasumsikan 1,15 maka fluksi pada bodi kutub ( φ p ) φ p
= C i .φ =1,15 .3,373
.10
−3
= 3,88 .10
−3
Wb
9
Kerapatan fluksi pada bodi kutub diasumsikan1,5Wb/m 2, maka luas bodi (A p): φ p A p
=
1,5 3,88.10
=
-3
1,5
= 2,59 .10 −3 m 2
Panjang aksial bodi kutub sama dengan panjang inti jangkar L p = L = 0,126 m. Bila tanpa ventilasi, maka panjang inti bodi kutub (L pi): L pi
= 0,9.0,126 = 0,1134
m
Lebar bodi kutub(b p): b p
=
A p L pi
= 2,59.10
0,1134
-3
= 0,0228 = 22 ,8mm ≈ 23 mm
3.2. Kumparan Medan
a. Pada beban penuh ggm medan shunt (AT flsh) ATflsh = 60%.ATa = 0,6.575,68 = 345,41 At b. ggm medan seri (AT flse) ATflse = 40%.ATa = 0,4.575,68 = 230,27 At Berdasarkan tabel 9.8 (Sawhney,541) nilai kedalaman kumparan penguat pada D = 0,115 m adalah df = 27,17 mm. Diasumsikan faktor permukaan Sf = 0,4 dan rugi yang dilepaskan 700 W/m 2 (Sawhney,541), maka ggm per meter kumparan penguat =10
4
losses .d f .S f
=10
4
700 .27 ,17 .10
−3
.0,4
= 27 ,58 .10
3
At / m
c. Tinggi kumparan medan (hf ): h f
=
AT fl 27 ,58 .10 −3
=
AT flsh
+ AT flse
27 ,58 .10 3
= 345,41 + 230,27 = 20 ,87 mm ≈ 21mm 3 27 ,58 .10
d. Tinggi kutub
Tinggi sepatu kutub adalah 0,1 s/d 0,2 dari tinggi kutub (Sawhney,541), diasumsikan tinggi sepatu kutub 10 mm Tinggi isolasi adalah 0,1 s/d 0,15 τ : = 0,15 x 0,18 = 0,027 = 27 mm Total tinggi kutub (hpi) 10
h pi = 21 + 27 + 10 = 58 mm Koreksi hS = 10/58 = 0,17 (memenuhi syarat => 0,1 s/d 0,2) df
b p
hf h pi h ps W
k
Gambar. 3.2.1. Kutub dan kumparan medan 3.3. Yoke
Fluksi pada yoke ( φ ) adalah 0,5 kali fluksi utama: y
φ y
3,373 .10 −3
=
2
1,687 .10
−3
Wb
Kerapatan fluksi maksimum pada yoke (B y) diasumsikan 1,5 Wb/m 2, maka luas yoke: A y
φ y
=
B y
= 1,687.10 1,5
-3
= 1,125 .10 −3 m 2
kedalaman yoke: d y
A y
= =
L pi 1,125.10 0,1134
-3
= 9,92 .10 −3 m
diambil tebal yoke = 0,01m = 10 mm Sehingga diameter luar yoke (D y): Dy = D + 2 (l g + h pi + dy) = 0,115 + 2 (2,1.10 -3 + 58.10-3 + 9,92.10-3) = 0,225 m 3.4.
Rangkaian magnetik
a. Ggm celah udara (ATG) B g
Rasio
W s L g
=
Bav
=
0,15
=
7,45
ψ 0,7
2,1
= 0,21Wb / m 2
= 3,55
11
Dari kurva 4.9 (Sawhney,124) untuk open slot didapatkan koefisien carter (K CS) = 0,42 maka faktor kontraksi untuk celah udara (K GS):
=
K GS
Y S Y S
25 ,8
= =
Rasio
=
− K CS xW s
=1,138 25 ,8-0 ,42 x7,45 W d lebar duct panjang celah 4,2 2,1
=
l g
=2
Maka faktor kontraksi untuk duct (K Gd): K Gd
L
=
L − K Cd xn d xW d
=
126
=1
126 -( 0 ,3 x1 x 4,2)
Faktor kontraksi celah udara (K G): K G
= K GS xK Gd =1,138 x1 =1,138
Ggm untuk celah udara (AT g) = 402,976 At b. Ggm untuk celah udara (AT t) Kerapatan fluksi pada 1/3 bagian ( Bt 1 ) = 0,472 Wb/m2 3
K s
LxY S 1 =
3
Li xW t 1
3
=
0 ,126 x 21,462.10 0,104.14,012.10
−
−
3
3
=
1,856
Berdasarkan kurva 4.21 (Sawhney,141) didapatkan at t = 21000 A/m jadi ggm untuk gigi (AT t): AT t
= at t xd S = 21000x14,5
2.10
-3
= 304 ,92 At
c. Ggm pada inti (ATc) Kerapatan fluksi pada inti B c = 1,16 Wb/m 2 atc = 300 A/m Panjang inti yang dilewati fluksi l c: l c
= =
π ( D − 2 xd S
− d c )
2 p π( 0 ,115 - 2 x 4 ,52 x10 - 3 2.2
− 0 ,014 )
= 0 ,057 m 12
maka:
AT c
= at c xl c = 300 x 0,057 =17 At
d. Ggm pada kutub (AT p) Kerapatan fluksi pada kutub B p =1,5Wb/m2 dan at p = 1000 A/m sehingga AT p = at p x h pi = 1000 x 0,058 =58 At e. Ggm pada yoke (ATy) Kerapatan fluksi pada yoke B y = 1,5 Wb/m 2 dan aty = 2000 A/m Panjang yoke yang dilewati yoke (l y) π ( D y − d y ) l y
=
=
maka:
2 p
π (0,255
− 9,92 .10 −3 ) = 0,192 m
2.2 AT y = 2000 x 0,192
= 384
At
f. Total ggm medan tanpa beban (AT ft) AT ft
= AT g + AT t + AT c + AT p + AT y = 402 ,976 + 304 ,92 +17 + 58 + 384 =1166 ,896 At
g. Total ggm medan beban penuh (AT flt) Diasumsikan ggm saat beban penuh adalah 1,15 x gg tanpa beban: AT flt
=1,15 x1166
,896
=1341
,93 At
dy
h pi
Dy dS
lg dc
D
Gambar. 3.4.1. Rangkaian magnetik 3.5.
Perancangan belitan medan
a. Tegangan pada belitan medan
20% tegangan yang melintasi belitan medan shunt digunakan untuk mengontrol kecepatan, sehingga nilai tegangan yang melintasi belitan medan shunt (E fsh): 13
E fsh
=
V s
− (0,2 xV s ) p
= 36 − (0,2 x36 ) = 14 ,4V 2
sedangkan nilai tegangan yang melewati belitan medan seri (E fse): E fse
=
V s
− ( E a +V sikat
)
p
=
− (31,48 + 2.1)
36
=1,26V
2
b. Panjang rata-rata lilitan (L mi) Lmi = 2(L p + b p + 2.df ) = 2(126 + 23 + 2.27,17) = 406,68 mm = 0,40668 m
≈
0,41 m
c. Rugi daya pada belitan medan (Q f ) dan ggm belitan medan (ATfl)
Belitan medan shunt
Luas konduktor (a fsh): a fsh
=
AT flsh .ρ . Lmi E fsh
= 345 ,41 .0,021 .0,41 = 0,207 mm 2 14 , 4
maka nilai diameter konduktor d sh
=
4 xa f
=
π 4 x0,207
π
= 0,513 mm
digunakan d sh = 0,5 mm dengan isolasi fine covering d 1sh = 0,551 mm sehingga
a fsh
=
π .d 1
2
4
=
π .0,5512 4
=
0,238mm 2
=
0,238.10 6 m 2 −
Faktor permukaan (Sfsh): 2
S fsh
d = 0,75 d 1 sh 2 0,513 = 0,75 = 0,83 0,551
Jumlah lilitan (Tfsh): T fsh
= =
S fsh .h f .d f a fsh 0,83 x10 ,5.10 −3 x 27 ,17 .10 −3 0,238 .10 −6
= 994 ,9 ≈ 995 lilit 14
Resistansi lilitan (R fsh): R fsh
=
. mi T fsh . ρ L
a fsh
= 995 x0,021 x0,41 = 35 ,99 ≈ 36 Ω 0, 238
Arus medan (Ifsh): I fsh
=
E fsh R fsh
= 14 ,4 = 0,4 A 36
Ggm medan (ATflsh): ATflsh = Ifsh x Tfsh = 0,4 x 995 = 398 At Rugi daya pada belitan (Qfsh): Qfsh = (Ifsh)2.R fsh = 0,42.36 = 5,76 W
Belitan medan seri
Luas konduktor (a fse): a fse
=
. mi AT flse .ρ L
E fse
= 230 .0,021 .0,41 =1,57 mm 2 1,26
maka nilai diameter konduktor d se
=
4 xa
fse
π 4 x1,57
=
π
=1,414 mm
digunakan d se = 1,4 mm dengan isolasi fine covering d 1se = 1,48 mm sehingga
a fse
=
π .d 1
2
π .1,482 =
4
=
4
1,72mm
2
=
6
1,72.10 m −
2
Faktor permukaan (Sfsh): 2
S fse
d = 0,75 d 1 se 2 1,4 = 0,75 = 0,67 1,48
Jumlah lilitan (Tfsh):
15
S fse .h f .d f
=
T fse
a fse 0,67 x10 ,5.10 −3 x 27 ,17 .10 −3
=
1,72 .10 −6
=111 ,3 ≈111 lilit
Resistansi lilitan (R fse): R fse
=
=
T fse . ρ L . mi a fse
111 x0,021 x0,41 1,72
= 0,56 Ω
Arus medan (Ifse):
=
I fse
E fse R fse
= 1,26 = 2,27 A 0,56
Ggm medan (Aflse): ATflse = Ifse x Tfse = 2,27 x 111 = 251,71 At Rugi daya pada belitan (Qfse): Qfse = (Ifse)2.R fse = 2,272.0,56 = 2,886 W Rugi daya total pada belitan medan (Q f ): Qf = Qfsh + Qfse = 5,76 + 2,886 = 8,646 W Ggm total pada belitan medan (AT fl): ATfl = ATflsh + ATflse = 398 + 251,71 = 649,71 At d. Kenaikan suhu (
):
Permukaan pendinginan (S c): Sc = 2 x L mi (df + hf ) = 2 x 0,41 (27,17.10 -3 + 21.10-3) = 0,0395 m 2 Berdasarkan tabel 3.6 (Sawhney,111), maka koefisien pendinginanyang digunakan C: C =
0,05 1 x0,1 xV a
=
0,05 1 x0,1 x6
= 0,0313
maka kenaikan suhu ( θ ): θ =
Q f .C S c
= 8,646x0,03 0,0395
13
= 6,85
C
4. PERANCANGAN KOMUTATOR
16
a. Diameter komutator (Dc): 0,092 m = 92 mm b. Lamel Jumlah lamel (k = C): 14 lamel Lebar lamel: β c + lebar mika = 21mm
Kecepatan linier komutator (Vc): Vc = π x Dc x n = π x 0,092 x 16,667 = 4,817 m/s ≈ 4,82 m/s c. Sikat
Jenis sikat yang digunakan adalah electrographitic dengan kerapatan arus ( δ a) sama dengan 100.10-3, dimana arus pada masing-masing sikat tidak diijinkan lebih dari 70 A. Jumlah sikat yang digunakan adalah 2 buah Ia = 4,112 A jadi arus pada masing-masing sikat I b = Ia/p = 4,112 A Luas sikat agar didapatkan panjang sikat yang sesuai diambil I b = 50 A (diperbolehkan karena I b < 70 A I ab = b δ b
=
50 100 .10
−3
= 500 mm 2 = 500 .10 −6 m 2 t b
β C
Gambar 4.1. Sikat dan lamel Ketebalan sikat (t b) = β
c
= 21 mm
Lebar tiap sikat (W b) W b
=
ab
=
500
t b 21
= 24 mm
d. Panjang komutator
1 mm untuk clearance (C b) 2mm untuk staggering (C 1) dan 2 mm end play (C 2) sehingga panjang komutator (Lc): Lc = W b + C b + C1 + C2 = 24 + 1 + 2 + 2 = 29 mm 17
Panjang komutator dengan menggunakan riser, dimana panjang jarak / spasi untuk riser jadi panjang komutator secara keseluruhan (L ci): Lci = 29 + 5 = 34 mm e. Rugi daya pada komutator
Drop tegangan pada sikat sebesar 1 V, maka rugi daya kontak sikat (P be): P be = a x ∆ V x Ia = 1 x 4,112 = 4,112 W Tekanan pada sikat 18 kN/m 2 Koefisien gesek (µ ) = 0,1 Rugi daya sikat (P be) = 4,112 W maka rugi daya akibat gesekan pada sikat (P bf ) P bf = µ x tekanan pd sikat x a b x Vc = 0,1 x 18.10 -3 x 500.10 -6 x 4,82 = 4,338 W Total rugi daya pada komutator: = P be + P bf = 4,112 + 4,338 = 8,45 W Laras permukaan komutator = π x Dc x Lc = π x 0,092 x 29.10 -3 = 8,38.10 -3 m2 f. Kenaikan temperatur pada komutator (
)
Berdasarkan tabel 3.6 koefisien pendinginan untuk komutator digunakan: C =
maka:
θ =
0,02 1 + (0,1.4,86 )
Σ losses
= 0,0135 .C
luas permukaan Σ losses .C
= =
total
2.π . Dc . Lc 8,45 .0,0135 2.π .0,092 .0,029
= 6,8
C
5. PERANCANGAN INTERPOLE
Lebar daerah komutasi (WC) W C
u a D x t = − + β c b x D 2 p c 1 2 x 115 = = 13,125 mm − 21 + 21 x 2 2 92
Panjang celah udara di bawah interpole biasanya 1 s/d 2 kali panjang celah udara di bawah kutub utama, dimana untuk motor panjang celah udara di bawah interpole (l gi) diasumsikan 1,2 kali panjang celah udara di bawah kutub utama, sehingga:
18
lgi = 1,2 x l g = 1,2 x 2,1 = 2,52 mm Spesifik slot permeance λ s = 1,37.10 -6 (Sawhney,585) Lebar interpole harus 1,5 kali atau lebih dari kisar alur, sehingga lebar interpole (W ip): Wip = 1,5 x Y S = 1,5 x 25,8 = 25,8 mm maka spesific permeance gigi bagian atas ( λ t): λ t
=
=
µ o xW ip 6 xl gi 4.π .10
−7
x 25 ,8
6 x 2,52
= 3, 22 .10
−6
Panjang outhang: Outhang lo = 0,3 τ + 0,0125 d S = 0,3.0,18 + 0,0125.14,52.10 -3 = 0,054 m Panjang outhang satu sisi kumparan (L o): 2
Lo
τ = + l o 2 2 2
0,18 = + 0,054 2 = 0,105 m 2
Keliling satu sisi kumparan (bo): bo = 2 x 12 = 24 mm Permeance spesific overhang (λ o):
λ o
−6 + 0,07 .10 L bo 0,105 0,105 x 0,23 log = + 0,07 .10 −6 = 0,18 .10 −6 0,126 0,024 =
Lo
x 0,23 log
Lo
Total spesific permeance (λ ): λ =λ s+λ t+λ o = 1,37.10-6 + 3,22.10-6 + 0,18.10-6 = 4,77.10-6 Waktu komutasi (τ c):
τ c
u a − + x t β c b 2 p = V c
1 2 − x 21 + 21 2 2 = 2,178 ms = 4,28
Tegangan reaktansi rata-rata (Er av):
19
4.T c .λ . L. I z . Z s
=
Er av
τ c 4.20 .4,77 .10
=
−6
.0,126 .2,056 .40
4,36 .10
−3
= 0,9V
Kerapatan fluksi maksimal di bawah interpole (B gim): dengan Er m = 1,2 V Er m
=
B gim
L.V a 1,2
=
0,126.6
= 1,587 Wb / m 2
Faktor kontraksi celah udara untuk interpole (k gi) lebih kecil dibandingkan faktor kontraksi celah udara di bawah kutub (k g), yaitu 1 maka ggm celah udara di bawah interpole (AT gi): AT gi
= 800000
. B gim .k gi .l gi
=800000
.1,58 .1.2,52 .10
−3
= 3185
,28 At
Ggm jangkar per kutub (AT a): AT a
=
I a . Z
=
4,112 .560
2 p 4
= 575 ,68 At
Ggm total pada interpole (AT i): ATi = ATgi + ATa = 3185,28 + 575,68 = 3760,96 At Jumlah lilitan masing-masing interpole (Ti): T i
=
AT i
=
I a 3760 ,96 4,112
= 914 ,6 ≈ 914 lilit
Kerapatan arus pada interpole antara 2,5 s/d 4 A/mm 2, ditentukan δ = 3 A/mm2. Sehingga luas konduktor untuk lilitan interpole (a i): ai
=
I a
δ
= 4,112 = 1,4mm 2 3
Berdasarkan tabel 17.2 maka digunakan konduktor dengan luas 1,75 mm 2 dengan dimensi 1,4x1,4 mm.
6. RUGI-RUGI DAN EFISIENSI 6.1. Rugi Gesekan dan Angin (Pga)
20
Berdasarkan tabel 9.11 rugi gesekan pada bearing dan rugi angin adalah 0,25% dari daya keluaran, sehingga = 0,25% x 370 = 0,925 W jadi total rugi daya akibat gesekan dan angin (P ga) Pga = P bf + 0,925 = 4,338 + 0,925 = 5,263 W 6.2. Rugi Besi
a. Rugi besi pada gigi (Pc) Lebar rata-rata gigi = =
.( D − d S )
π
S π .(0,115
xW S
−14 ,52 .10 −3 ) x7,45 .10 −3 = 0,0151 m = 15 ,1.10 −3 mm 14
Berat gigi jangkar = S x L x lebar rata 2 gigi x dS x 7800 = 14 x 0,126 x 0,0151 x 14,52.10 -3 x 7800 = 3 kg Rugi besi spesifik pada gigi dengan tebal laminasi t = 0,35 mm dan B m=Bt1/3 = 0,472 Wb/m2 = (0,06.f.Bm2) + (0,008.f 2.Bm2.t2) = (0,06.16,667.0,472 2) + (0,008.16,667 2.0,4722.0,352) = 0,28 W/kg Jadi rugi besi pada gigi = 3 x 0,28 = 0,842 W b. Rugi besi pada inti jangkar
Berat inti jangkar = π .(D-2.dS-dc).Li.dc.7800 = π .(0,115-2.14,52.10-3-0,0135).0,104.0,0135.7800 = 2,49 kg Rugi besi spesifik pada inti = (0,06.f.Bm2) + (0,005.f 2.Bm2.t2) = (0,06.16,667.0,472 2) + (0,005.16,667 2.0,4722.0,352) = 0,26 W/kg Jadi rugi besi pada inti jangkar = 2,49 x 0,26 = 0,65 W maka rugi besi total (P c): Pc = 1,2 .1,492 = 1,8 W 6.3. Rugi Tembaga (P cu) a. Rugi tembaga jangkar
Panjang rata-rata lilitan jangkar = 2L + 2,3τ + 5dS = (2.0,126) + (2,3.0,18) + (5.14,52.10 -3) = 0,74 m Tahanan jangkar (R a): Z ρ . Lmi Ra
=
x 2 2 a . A 560 0,021 .0,74 = x 2 2 2 .0,985
= 1,1Ω pada
75 C
21
Jadi rugi tembaga jangkar = I a2.R a = 4,1122.1,1 = 18,67 W b. Rugi tembaga belitan medan
Belitan medan shunt
Ifsh2.R fsh = 0,42 x 36 = 5,76 W
Belitan medan seri
Ifse2.R fse = 2,272 x 0,56 = 2,886 W c. Rugi tembaga pada belitan interpole
Panjang rata-rata lilitan interpole = 2.(Lo + bo) = 2.(0,105 + 0,024) = 0,258 m Resistansi belitan interpole (R i) Ri
= =
p.T i . ρ . panjang rata
2
ai
2 x914 x0,021 x 0,258 1,75
= 5,66 Ω
Jadi rugi tembaga pada belitan interpole I a2.R i = 4,1122.5,66 = 95,69 W Total rugi2 tembaga Pcu = 18,67 + 5,76 + 2,886 + 95,69 = 123,006 W 6.4.
Rugi Kontak Sikat (Pbe)
P be = 4,112 Total rugi2 pada motor
Rugi kontak sikat Rugi gesekan dan angin Rugi tembaga Rugi besi Total
= 4,112 = 5,263 = 123,006 = 1,8 = 134,181
W W W W W
Daya input motor
Pin = Pout + Σ Prugi = 370 + 134,181 = 504,181 W
η FL
Efisiensi pada beban penuh =
P out P in
x100 %
370 =
504,181
x100 %
=
0,734
=
73,4%
22
7. KENAIKAN TEMPERATUR JANGKAR
Berdasarkan tabel 3.6 (Sawhney,111) maka: a. Permukaan silindris bagian luar Luas = π x D x L = π x 0,115 x 0,126 = 0,0455 m 2
Koefisien pendinginan: 0,05
=
1 + 0,1 xV a 0,05
=
1 + 0,1 x6
= 0,0313
Rugi daya yang dilepaskan: 0,0455
=
0,0313
= 1,456 W
C
b. Permukaan silinder bagian dalam Luas = π x Di x L = π x 0,058 x 0,126 = 0,023 m 2
Kecepatan linier pada diameter dalam: V ai
= π xD i xn =π x0,058 x16 ,667 = 3,037 m / s
Koefisien pendinginan:
= =
0,03 1 + 0,1 xV ai 0,03 1 + 0,1 x3,037
= 0,023
Rugi daya yang dilepaskan:
= 0,023 =1 0,023
c. Permukaan pada ventilasi duct & dua ujungnya: π 2 2 Luas
= 3 x
= 3 x
4
π 4
(
x D
− Di )
x ( 0,115 2
− 0,058 2 ) = 0,0232 m 2
Kecepatan udara di dalam duct adalah 10% dari kecepatan linier jangkar, sehingga: = 0,1 x 6 = 0,6 m/s Koefisien pendinginan:
23
= 0,1 = 0,1 = 0,167 V
0,6
Rugi daya yang dilepaskan:
= 0,0232 = 0,139 W 0,167
C
Jadi rugi daya yang dilepaskan = 1,456 + 1 + 0,139 = 2,6 W/ °C d. Total rugi-rugi yang dilepaskan: = Rugi tembaga pd bagian yang aktif + Rugi besi
=18 ,67 x
2 xL Lrata 2lilit
+1,8
=18 ,67 x 2 x0,126 +1,8 = 8,16 W 0,74
Jadi kenaikan temperatur jangkar
8,16 2,6
= 3,14
C
III.DESIGN SHEET
Jenis Tegangan Daya Kecepatan
: Motor DC kompon shunt pendek : 36 V : 370 W : 1000 rpm
1. Dimensi Utama
No. 1.
Parameter Daya keluaran
simbol P
Nilai 370 W
2. 3.
Daya jangkar Diameter jangkar
Pa D
376,5 W 0,115 m
4.
Diameter dalam jangkar
Di
58 mm
5.
Kecepatan putar
n
16,667 rps
6. 7.
Kecepatan linier jangkar Koefisien keluaran
Va Co
6 m/s 13,556 kW 3 m rps
8.
Kerapatan fluksi rata-rata
Bav
0,15 Wb/m2
9. 10
Konduktor arus spesifik Panjang inti rotor
ac L
9500 A/m 0,126 m
11
Jumlah kutub
p
2 buah
12
Frekuensi arus rotor
f
16,667 Hz
13
Kisar kutub
τ
0,18 m
14
Busur kutub
b
18,06 mm
15
Jumlah ventilasi (duct)
nd
1 buah
17
Lebar ventilasi (duct)
Wd
4,2 mm 24
18
Panjang inti besi sesungguhnya
Li
0,104 m
2. Kumparan jangkar
No. 1.
Parameter Tegangan jatuh
Symbol VRa
Nilai 2,52 V
Ea Bg
31,48 V 0,21 Wb/m 2
2. 3.
Tegangan induksi jangkar Kerapatan fluksi celah udara
4.
Rasio busur kutub / kisar kutub
5. 6.
Fluksi perkutub Arus jangkar
7.
Jenis kumparan
8. 9.
Jumlah cabang Jumlah konduktor jangkar
a Z
2 560
10.
Jumlah alur
S
14
11. 12.
Jumlah konduktor tiap alur Jumlah sisi kumparan per alur
Zs u
40 1
13. 14
Lilitan tiap kumparan Jumlah kumparan
Tc C
20 14
15.
Jumlah sisi kumparan
SS
28
16 17. 18.
Kisar depan Kisar belakang Kisar alur
Y1 Y2 YS
13 -11 25,8 mm
19. 20.
Luas penampang konduktor Tinggi alur
as ds
98,5 mm2 14,52 mm
21.
Lebar alur
WS
7,45 mm
22. 23.
Panjang lilitan rata-rata Resistansi jangkar
Lmi Ra
0,74 m 1,1 Ω
24. 25
Tegangan jatuh jangkar Rugi tembaga jangkar
IaR a Pcu
4,52 V 18,67 W
0,7
φ Ia
3,373.10-3 Wb 4,112 A Gelung tunggal
3. Komutator
25
No.
Parameter Diameter komutator
Symbol Dc
Nilai 0,092
Jumlah segmen komutator
C
14
Kisar segmen komutator Kecepatan linier komutator
ßc Vc
21 mm 4,82 m/s
Jenis sikat
Electrographitic
Rapat arus pada sikat Arus tiap lengan sikat Jumlah sikat tiap lengan Luas tiap sikat Ketebalan tiap sikat Lebar tiap sikat Tinggi tiap sikat Lebar lamel Panjang efektif komutator Panjang total komutator
δa I b n b a b t b w b h b β C Lc Lci
100.10 -3 A/mm2 4,112 A 1 500 mm2 21 mm 24 mm 28 mm 21 mm 29 mm 34 mm
Rugi kontak sikat Rugi gesekan sikat Kenaikan suhu
P bc P br Ө
4,112 W 4,338 W 6,8°C
Symbol AT a AT fl h pi Bg
Nilai 575,68 At 575,68 At 58 mm 0,21 Wb/m 2
lg Kg
2,1 mm 1,5
4. Rangkaian magnetik
No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Parameter Ggm jangkar perkutub Ggm kumparan medan beban penuh Tinggi kutub Kerapatan fluksi celah udara Panjang celah udara Faktor kontraksi celah udara
26
7.
Ggm celah udara
ATg
402,976 At
9. 10.
Tinggi gigi alur Kerapatan fluksi pada ⅓ tinggi alur
dS Bt ⅓
14,52 mm 0,472 Wb/m 2
11. 12 13. 14 15. 16.
Ggm pada gigi alur Ketebalan inti Luas penampang inti Kerapatan fluksi pada inti Ggm pada inti Luas kutub
ATt dc Ac Bc ATc A p
304,92 At 0,014 m 1,41.10-3 m2 1,16 Wb/m 2 17 At
17. 18.
Lebar kutub Panjang kutub
b p L p
23 mm 126 mm
19.
Tinggi sepatu kutub
h ps
10 mm
20.
Lebar sepatu kutub
Wk
42 mm
21.
Kerapatan fluksi pada kutub
B p
1,5 Wb/m2
22. 23. 24. 25.
Ggm pada kutub Diameter luar yoke Kedalaman yoke Panjang yoke
AT p Dy dy Ly
58 At 255 mm 9,92 mm 192 mm
26. 27.
Luas penampang yoke Kerapatan fluksi pada yoke
Ay By
1,125.10-3 m2 1,5 Wb/m2
28. 29. 30
Ggm yang diperlukan yoke Ggm total tanpa beban Ggm total beban penuh
ATy ATft ATflt
384 At 1166,896 At 1341,93 At
Symbol ATfl
Nilai 649,71 At
- medan shunt
Tf lshunt
995 lilit
- medan seri Luas penampang konduktor :
Tfl seri
111 lilit
5. Kumparan medan utama
No. 1. 2.
3.
Paramaeter Ggm yang diperlukan Jumlah lilitan medan:
- belitan shunt 4.
- belitan seri Diameter konduktor tanpa isolasi : - shunt
5.
- seri Diameter konduktor dengan isolasi : - shunt - seri
af shunt af seri
0,238 mm2 1,72 mm2
d shunt dseri
0,5 mm 1,4 mm
di shunt di seri
0,551 mm 1,48 mm 27
6. 7.
Kedalaman belitan Tinggi belitan medan
8.
Resistansi tiap kumparan :
9.
df hf
27,17 mm 21 mm
- shunt
R f shunt
36 Ω
- seri
R f seri
0,56 Ω
Arus medan - shunt
If shunt If seri
- seri 10.
Ggm yang dihasilkan : - shunt
11.
- seri Rugi daya tiap kumparan : - shunt
0,4 A 2,27 A
ATfl shunt ATfl seri
398 At 251,71 At
Qf shunt Qf seri
5,76 W
12.
- seri Pendinginan kumparan perkumparan
Sc
2,886 W 0,0395 m 2
13.
Kenaikan suhu :
Ө
6,85 °C
14.
Tinggi sepatu kutub
t ps
10 mm
Symbol Wc lgi
Nilai 13,125 mm 2,52 mm
Lebar interpole
Wip
28,38 mm
Panjang interpole Tinggi interpole Kerapatan fluksi di bawah interpole Ggm interpole
Lip hip Bgim ATi
126 mm 58,042 mm 1,587 Wb/m 2 3473,12 At
Jumlah lilitan interpole Dimensi konduktor
Ti
845 lilit 1,4 x 1,4 mm
Luas konduktor Resistansi belitan Rugi daya
ai Ri
6. Interpole
No.
Parameter Lebar daerah komutasi Panjang celah udara interpole
1,75 mm2 5,23 Ω 88,47 W
7. Rugi-rugi
No. 1. 2.
Parameter Rugi tembaga jangkar Rugi tembaga medan:
Symbol Pcu
Nilai 18,67 W
- shunt
Pcu shunt
5,76 W
- seri
Pcu seri
2,886 W 28
3. 4.
Rugi besi total Rugi gesekan dan angina
Pc P ga
1,8 W 5,263 W
5. 6. 7.
Rugi kontak sikat Total rugi-rugi Efisiensi beban penuh
P bc
η
4,112 W 126,96 0,745
8.
Kenaikan suhu jangkar
Ө
3,138°C
IV.
GAMBAR BAGIAN-BAGIAN DARI MOTOR DC KOMPON
1. Gambar Lilitan Gelung Tunggal Berkutub Dua dan Bagan Arus
29
2. Gambar Bentuk Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping
30
Keterangan gambar:
1.Poros Motor. 2.Lubang pengait. 3.Kutub utama. 4.Kumparan kutub utama. 5.Kumparan Interpole. 6.Inti Interpole. 7.Penutup terminal. 8.Blok bagian bawah. 9.Terminal pentanahan. 10. Landasan Motor. 11. Sekrup pengikat landasan. 12. Pelat penutup. 13. Sekrup pengikat penutup. 14. Pelat penutup dengan ventilasi udara. 15. Sekrup pengikat tutup motor.
31
3. Gambar Jangkar Dilenglapi Komutator dan Sikat Tampak Depan
32
4. Gambar Beberapa Bagian Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping
33
5. Gambar Detail Alur Jangkar/Rotor
Gigi
25,8 mm
Alur
18,45 mm
7,45 mm
34
0,5 mm
Lip 3 mm
Wedge
0,5 mm
14,52 mm
Konduktor 1 mm
Separator
Mika 7,45 mm
6. Gambar Detail Komutator dan Sikat
35
