ANALISA PERBANDINGAN EFISIENSI MOTOR DC KOMPON
advertisement
ANALISA PERBANDINGAN EFISIENSI MOTOR DC KOMPON PENDEK DENGAN MOTOR DC KOMPON PANJANG AKIBAT PENAMBAHAN KUTUB Fuad Rahim Sitompul, Syamsul Amien Konsentrasi Energi Konversi, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: [email protected] ABSTRAK Motor listrik merupakan perangkat elekromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC memerlukan tegangan searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan sebagai penggerak peralatan listrik seperti pompa,penggerak kipas angin, lift dan lain-lain. Kinerja suatu motor DC(Direct Current) dikatakan baik jika efisiensi motor tersebut tinggi. Hal ini dapat dicapai dengan mengatur bagian-bagian tertentu dari motor. Perubahan posisi sikat pada motor DC mempengaruhi efisiensinya. Pada jurnal ini membahas tentang analisis perbandingan efisiensi motor DC kompon pendek dengan motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub. Adapun hasil analisis menunjukkan bahwa efisiensi motor DC kompon panjang lebih efektif dari pada efisiensi motor DC kompon pendek. Nilai efisiensi tertinggi dari motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub adalah 81.92% terhadap torsi beban 0.6 kg. Efisiensi tertinggi dari motor DC kompon pendek akibat penambahan kutub adalah 80.16% terhadap torsi beban 0.6 kg. Kata Kunci : Motor DC, Penambahan Kutub Bantu, Penguatan Kompon, Efisiensi 1. Pendahuluan Motor arus searah berfungsi mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanis berupa putaran sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus maupun generator arus searah. Akhir-akhir ini mungkin banyak orang beranggapan bahwa tidak perlu lagi mempelajari motor arus searah karena penggunaannya pada industri-industri sudah sangat berkurang. Namun akhirnya beberapa tahun terakhir ini motor arus searah mengalami perkembangan khususnya dalam pemakaiannya sebagai motor penggerak. Penggunaan motor arus searah dapat kita jumpai pada alat pengangkut disuatu perkembangan, dalam sarana transportasi yaitu pada kereta api listrik dan juga pada mobil yang disuplai oleh baterai. Pemilihan motor arus searah dibandingkan motor sinkron ataupun motor induksi karena mudah dalam pengaturan putaran baik untuk beban yang bervariasi dan juga system mesin DC sering kali dipergunakan pada pemakaian yang memerlukan rentang kecepatan motor yang lebar atau pada pengaturan yang teliti pada keluaran motornya. Penambahan kutub bantu merupakan salah satu cara untuk mengurangi reaksi jangkar yang terjadi. Pada motor arus searah, dimana reaksi jangkar ini dapat menimbulkan pengaruh yang sangat buruk pada motor arus searah terutama terhadang performasi motor arus searah. Oleh sebab itu, harus dilakukan tindakan yang sesuai terhadap motor arus searah agar pengarus reaksi jangkar tersebut dapat dikurangi. Dengan demikian, diharapkan motor arus searah memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Pada motor arus searah, penambahan kutub bantu selama mengantisipasi reaksi jangkar ternyata mempengaruhi efisiensinya. Maka dengan menambah kutub bantu pada motor arus searah dapat meningkatkan performasinya, sehingga dapat bekerja lebih baik. 2. Motor DC Penguatan Kompon Motor DC atau motor arus searah penguatan kompon merupakan gabungan motor arus searah penguatan seri dan motor arus searah penguatan shunt. Motor arus searah penguatan kompon dapat diklasifikasikan sebagai berikut : a).Motor arus searah penguatan kompon pendek, terdiri dari: motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif (bantu) dan motor arus searah penguatan kompon pendek differensial (lawan) . b).Motor arus searah penguatan kompon panjang, terdiri dari: motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif (bantu) dan motor arus searah penguatan kompon panjang differensial (lawan) Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Motor arus searah penguatan kompon pendek terbagi menjadi dua jenis, yaitu kompon pendek kumulatif (bantu) dan kompon pendek differensial (lawan). Pada motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama. Hal ini disebabkan karena kedua arus medannya sama-sama memasuki dot. Maka sesuai dengan aturan dot, fluksi yang dihasilkan menjadi saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon pendek differensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan. Salah satu arus medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot sehingga fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif dan motor arus searah penguatan kompon pendek differensial ditunjukkan oleh Gambar 2 dan Gambar 3. IL Rs + Is Vt Ish Rsh Ia + Ea Ra - Vt=Ea+Is.Rs+Ia.R (1) Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (2). IL=Is=Ia+Ish (2) Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt. Sama halnya seperti motor arus searah penguatan kompon pendek, motor arus searah penguatan kompon panjang juga terbagi dua, yaitu kompon panjang kumulatif (bantu) dan kompon panjang differensial (lawan). Pada motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkan saling menguatkan. Sedangkan pada motor arus searah penguatan kompon panjang differensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan sehingga fluksi yang dihasilkan menjadi saling mengurangi. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif dan motor arus searah penguatan kompon panjang differensial ditunjukkan oleh Gambar 4 dan Gambar 5. Rs + Gambar 2. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek kumulatif (bantu) IL Ish Vt Is Rsh Is Ia Ra + Ea - Rs + Ish Rsh - Ia Ra + Ea - - Dari Gambar 2 dan Gambar 3, diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon pendek seperti ditunjukkan oleh persamaan (1). IL - Vt Gambar 3. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek differensial (lawan) Gambar 4. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang kumulatif (bantu) Rs IL Karena Pout = Pin – Σ Rugi-Rugi dan Pin = Pout + Σ Rugi-Rugi. Maka efisiensi motor arus searah dapat juga dituliskan seperti persamaan (8) dan persamaan (9). + Ish Vt Is Rsh Ia Ra + Ea - η = Pin Rugi Rugi Pin x100% (8) - Gambar 5. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang differensial (lawan) Dari Gambar 4 dan Gambar 5, diperoleh persamaan tegangan terminal motor arus searah penguatan kompon panjang seperti ditunjukkan oleh persamaan (3). Vt=Ea+Is.Rs+Ia.Ra (3) Karena, Is = Ia Maka persamaan (4) dapat juga ditulis seperti persamaan (4). Vt=Ea+Ia(Rs+Ra (4) Sedangkan persamaan arus yang mengalir pada motor ditunjukkan oleh persamaan (5) dan persamaan (6). IL=Ia+Ish I sh = Vt Rsh (6) Efisiensi motor arus searah merupakan perbandingan antara daya keluaran dengan daya masukan yang dinyatakan dalam persen (%) dari motor arus searah tersebut. Daya masukan yang diterima oleh motor arus searah berupa daya listrik sedangkan daya keluaran yang dihasilkannya berupa daya mekanik yaitu gerak rotor dan hasil selisih antara daya masukan dengan daya keluaran motor disebut rugi-rugi. Dengan demikian, efisiensi suatu motor arus searah diperoleh dengan menggunakan persamaan (7). (7) Pout x 100 % Pout Rugi Rugi (9) Dimana, η : efisiensi motor arus searah (%) Pin : daya masukan motor arus searah (Watt) Pout : daya keluaran motor arus searah (Watt). Efisiensi yang dinyatakan oleh persamaan (7) disebut juga sebagai efisiensi komersial atau efisiensi keseluruhan (overall efficiency). Selain itu, dalam motor arus searah dikenal juga dua macam efisiensi lainnya, yaitu : A. Efisiensi Mekanis Efisiensi mekanis pada motor arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (10). ηm = (5) 2.1 Efisiensi Motor Arus Searah Pout x 100 % η= Pin η = Pout x 100 % Pa (10) Dimana , Pout : daya keluaran motor arus searah= Tsh x ω (Watt). Pa : daya yang dibangkitkan pada kumparan jangkar = Ea x Ia (Watt) Tsh : torsi poros dari motor arus searah (Newton-meter) Ω : kecepatan putaran rotor (radian per detik). B. Efisiensi Elektris Efisiensi elektris atau efisiensi listrik pada motor arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (11). ηe= Pa x100% Pin (11) Dimana : Pin = Vt x IL (Watt) Vt : tegangan terminal motor arus searah (Volt) IL : arus jala-jala (Ampere). 1. Rangkaian pengujian motor DC kompon panjang pada kondisi berbeban. Dari persamaan (10) dan persamaan (11) diperoleh hubungan antara efisiensi mekanis dengan efisiensi elektris yaitu seperti persamaan (12). S1 IL + P R Is A1 T V1 (12) Metode yang paling mudah dalam menentukan efisiensi motor arus searah adalah membebaninya langsung dan mengukur daya masukan dan keluarannya. Maka kita dapat menggunakan persamaan(12) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Namun, metode ini harus memperhatikan tiga hal utama yaitu metode ini membutuhkan pembebanan pada motor. Kedua, untuk motor-motor dengan rating daya yang besar, beban-beban yang diperlukan tidak mungkin diperoleh. Ketiga, bahan lebih mustahil untuk memberikan beban yang sedemikian rupa, karena daya yang besar akan terbuang menjadikan metode ini sangat mahal. Metode yang paling umum untuk mendapatkan efisiensi motor arus searah adalah menentukan rugi-ruginya dari pengukuran daya masukan dan keluarannya pada saat berbeban. Kita dapat menggunakan persamaan (13) untuk menentukan efisiensi motor tersebut. Metode ini memiliki keuntungan yang nyata karena lebih mudah dan ekonomis. T S3 F E n V2 G M RL T K 3Φ GA GA J C η = ηm x ηe Ia A2 I sh A S A3 HB - HB J K A4 I f S2 + PTDC AC 2. Rangkaian pengujian motor DC kompon pendek pada kondisi berbeban. S1 R P IL + E T S V1 A 3Φ Ia A1 A3 S3 J K GA GA I sh A2 C T F Is n V2 G M T HB - HB J K A4 I f S2 + PTDC AC 3.3 Prosedur penelitian 3. Metode Penelitian Adapun metode penelitian dari penelitian analisa perbandingan efisiensi motor DC kompon pendek dengan motor DC kompon panjang akibat penambahan kutub adalah: 3.1 Peralatan yang digunakan dalam penelitian. Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian adalah: 1. 2 Ampere DC digital 2. 1 Voltmeter DC digital 3. 2 Unit Tahanan Rheostat 4. Autotrafo 5. Kabel Penghubung 6. Motor Arus Searah AEG 1.2 Kw 7. Magnetik kontraktor 3.2 Rangkaian penelitian Adapun rangkaian yang dalam penelitian ini adalah: digunakan . Prosedur Penelitian Motor DC Penguatan Kompon Pendek dan Kompon Panjang Pada Kondisi Berbeban. 1. Peralatan di rangkai seperti gambar 2. Power Supply di hubungkan ke Autotrafo 3. Autotrafo diatur 100 volt 4. Pengukuran pertama adalah mencatat arus jangkar dan putaran motor 5. Beban diberikan dengan mengatur tahanan rheostat dari; 0.6;0.7;0.8;0.9;1 kg, lalu arus jangkar dan putaran dicatat pada setiap penambahan beban. Tegangan pada autotrafo di jaga konstan untuk setiap penambahan beban, dan arus medan di atur konstan dengan mengubah tahanan rheostat dan juga tegangan masukan tetap dijaga konstan untuk setiap penambahan beban RL 6. Setelah pengambilan data, tegangan autotrafo diturunkan perlahan-lahan hingga minimum. 4. Hasil dan Pembahasan Adapun hasil dan pembahasan terbagi dalam 4 bagian: a) Percobaan motor dc kompon pendek tanpa penambahan kutub, besar tegangan Vt = 100 volt dan If = 0.08 ampere. Tabel 1. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban tanpa kutub. Dari hasil data yang diperoleh pada tabel 2 dapat disimpulkan semakin besar torsi beban maka efisiensi nya semakin kecil. c) Pada percobaan motor dc kompon pendek dengan penambahan kutub ini besar tegangan Vt = 100 volt, Ia = IL dan If= 0.08, perhitungan efisiensi diperoleh berdasarkan persamaan efisiensi, sehingga diperoleh hasil seperti pada Tabel 3. Tabel 3. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub. Torsi beban (kg) IL (amp) Ia (amp) Ish (amp) n (rpm) Efisiensi (%) Torsi beban Ia (amp) Ish (amp ) n (rpm) 0.6 5.06 4.98 0.08 900 79.5% 0.6 5.28 0.08 900 79.73% 0.7 5.46 5.38 0.08 850 78.1% 0.7 5.68 0.08 850 78.19% 0.8 5.92 5.84 0.08 790 78.2% 0.8 6.25 0.08 800 76% 0.9 6.43 6.35 0.08 750 75.31% 0.9 6.60 0.08 750 74.66% 1 7.09 7.01 0.08 700 72.76% 1 7.22 0.08 700 72.28% efisiensi (%) Dari hasil data yang diperoleh pada tabel 1 dapat disimpulkan semakin besar torsi beban maka efisiensi nya menjadi kecil. Dari hasil data yang diperoleh pada tabel 3 dapat di simpulkan semakin besar torsi beban maka efisiensi nya semakin kecil. b) d) Pada percobaan motor dc kompon pendek dengan penambahan kutub ini besar tegangan Vt = 100 volt dan If= 0.08, perhitungan efisiensi diperoleh berdasarkan persamaan efisiensi, sehingga diperoleh hasil seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon pendek pada kondisi berbeban dengan kutub. Torsi beban IL (amp) Ia (amp) Ish (amp) n (rpm) efisiensi (%) 0.6 4.90 4.82 0.08 600 80.16% 0.7 5.34 5.26 0.08 450 78.61% 0.8 5.88 5.80 0.08 400 76.67% 0.9 6.38 6.30 0.08 300 74.86% 1 6.54 6.46 0.08 250 74.27% Pada percobaan motor dc kompon panjang dengan penambahan kutub ini besar tegangan Vt = 100 volt, Ia = IL dan If= 0.08, perhitungan efisiensi diperoleh berdasarkan persamaan efisiensi, sehingga diperoleh hasil seperti pada Tabel 4. Tabel 4. Data Hasil Analisis Pengujian motor DC penguatan kompon panjang pada kondisi berbeban tanpa kutub. Torsi beban Ia (amp) Ish (amp ) n (rpm) efisiensi (%) 0.6 0.7 0.8 0.9 1 4.71 5.31 5.73 5.94 6.36 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 600 500 400 350 300 81.92% 79.61% 77.99% 77.19% 75.58% Dari hasil data yang diperoleh pada tabel 4 dapat disimpulkan semakin besar torsi beban maka efisiensi nya semakin kecil. [3]. [4]. Kesimpulan [5]. Berdasarkan pembahasan, maka dapat diambil kesimpulan: 1. Bahwa Efisiensi motor dc kompon panjang berkutub bantu (81.92% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik di bandingkan dengan efisiensi motor dc kompon panjang tanpa kutub bantu(79.73% dari torsi beban 0.6 kg) dan Efisiensi motor dc kompon pendek berkutub bantu(80.16% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik dibandingkan dengan efisiensi motor dc kompon pendek tanpa kutub bantu(79.50% dari torsi beban 0.6 kg). 2. Efisiensi motor dc kompon panjang tanpa kutub bantu(79.73% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik daripada efisiensi motor dc kompon pendek tanpa kutub bantu(79.50% dari torsi beban 0.6 kg) sedangkan Efisiensi motor dc kompon panjang berkutub bantu(81.92% dari torsi beban 0.6 kg) lebih baik di bandingkan dengan efisiensi motor dc kompon pendek berkutub bantu(80.16% dari torsi beban 0.6 kg). Referensi [1]. [2]. Bimbra, P.S,”Generalized Circuit Theory of Electrical Machines”, Khanna Publisher, India, 1975. Fitzgerald, A.E, Charles Kingsley, JR, Electric Machinery, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1971. Theraja, B.L.& Theraja, A.K, “Atext Book of Electrical Technology”, New Delhi, S.Chand and Company Ltd., 2001. Pillai, S.K, “A First Course On Electrical Drives”, Indian Institute of Technology, Bombay, 1982. Theodore, Wildi,”Electrical Machine Design and Power Systems”, Prentice Hall Internasional, Liverpool, 1983.
