Nama : Nur Widadi
Kelas : LT 2D
No : 3.31.11.1.02
TUGAS PERTANYAAN SOAL
1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm dan
mengambil arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal.
a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.
b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL
lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan tegangan pada
sikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b.
2. Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah
pengaruh medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika
panjang penghantar seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada
armature.
3. Suatu Motor DC kompond panjang 40 KW, tegangan terminal 200 V, tahanan
kumparan shunt, seri,dan jangkar masing - masing adalah 93 Ohm, 0,04 Ohm,
dan 0,6 Ohm. Hitung tegangan induksi yang dibangkitkan pada jangkar?
4. Suatu generator DC kompond panjang 40 KW, 250 Volt tahanan kumparan
shunt, seri dan jangkar masing - masing adalah 95 Ohm, 0,02 Ohm dan 0,5
Ohm hitung daya yang dibangkitkan pada jangkar?
5. Suatu motor DC kompond panjang 40 KW, tegangan terminal 200 Volt tahanan
kumparan shunt, seri dan jangkar masing -masing adalah 95 Ohm, 0,02 Ohm
dan 0,5 Ohm hitung daya yang dibangkitkan pada jangkar?
6. Suatu Motor DC seri 50 kW, 250 V,tahanan jangkar 0,1 Ohm dan tahanan
medan seri 0,15 ohm, rugi tegangan total sikat 2 volt.Hitung EMF (ggl)
lawan ?
7. Suatu motor DC kompon pendek dengan daya input 34,5 kW, tegangan
terminal 230 V, tahananakumparan medan shunt, medan seri dan jangkar
masing2 sebesar 92 , 0,015 dan 0,03 ohm.
Hitung : a. Arus jangkar
b. EMF yang dibangkitkan
c. Daya output
8. Suatu motor Dc kompon panjang dengan daya input 300 kW, teg.terminal 600
V, mempunyai tahanan medan shunt : 75 Ohm, tah.jangkar termasuk
tah.sikat : 0,41 Ohm, tahanan Medan seri : 0,012 ohm, dan resistansi yang
diparalel dengan medan seri sebesar 0,036 ohm.
Hitung
a. arus jangkar
b. EMF yang dibangkitkan
c. daya yang dibangkitkan
1. Jawab:
a. V = Ea + Ia Ra
Ea = V – Ia Ra
Ea = (230 – 2) – (48 x 0,312) = 213 Volt
P = Ea Ia = 213 x 48 = 10224 Watt
b. Ea = V – Ia Ra
Ea = (230 – 2) – (48 x 0,417) = 208 Volt
P = V Ia = 208 x 48 = 9984 Watt
2. Jawab:
F = I L B
F = 10 x (400 x 0,15) x 0,8 = 480
3. Jawab:
Rs total = Rs + Ra
= 0,04 + 0,6
= 0,64 Ohm
Rp total = Rs total + Rsh/Rs total + Rsh
= 0,64 x 93/0,64 + 93
= 0,64 Ohm
P = V x I
I = P/I = 40000 /200 = 200A
Ish = 200/93 = 2,15 A
Ia = I - Ish = 200-2,15 = 197,84A
maka ,
Eb = Vt-Ia x Ra-Ia x Rs
= 200 - (197,84 x 0,6 ) - (197,84 x 0,04 )
= 73,384 V
4. Jawab:
I = = = 160
Ish = = 2,6
Ia = I – Ish = 157,4
Eb = V – Ia (Ra+Rs)
= 250 – 157,4(0,5+0,02)
= 168,2V
P = Eb x Ia
= 168,2 x 157,4
= 26.474.68W
5. Jawab:
I = = = 200 A
Ish = = 2,1
Ia = I – Ish = 200-2,1 = 197,9
Eb = V – Ia (Ra+Rs)
= 200 – 197,9(0,5+0,02)
= 97,1 V
P = Eb x Ia
= 97,1 x 197,9
= 19.216W
6. Jawab:
I = P out / Vt
I = 50000 / 250 = 200 A
Vt = Eb +IaRa + Irs + Vsi
Vt = Eb + 200.0,1 + 200.0,15 + 2
Vt = Eb + 20 + 30 + 2
Vt = Eb + 52
Eb = 250 – 52
Eb = 198 volt
7. Jawab:
I =P/Vt
I = 34500 / 230 = 150 A
Ish = Vt – Irs = 230 – ( 150 x 0,015 ) = 2, 475 A
Rsh 92
a. Ia = I – Ish
Ia = 150 – 2,475
Ia = 147,525 A
b. Eb = Vt – IaRa – Irs – V si
Eb = 230 – ( 147,525 x 0,03 ) – ( 150 x 0,015 )– 0
Eb = 223, 32 Volt
c. P out put = Eb x Ia
= 223,32 x 147,525
= 32,945 KW
8. Jawab:
I = = = 500 A
Ish = = = 8 A
a. Ia = I – Ish
= 500 – 8
= 492 A
b. Eb = Vt – Ia (Ra+Rs)
= 600 – 492 (0,41+0,0009)
= 397,8 Volt
c. P = Eb x Ia
= 397,8 x 492
= 195.736 W
TUGAS PERTANYAAN TEORI
1. Gambar rangkaian ekuivalen motor DC?
2. Bagaimana Cara mengubah arah putaran motor DC?
3. Mengapa kereta listrik di jepang (ex : kereta sinkansen) menggunakan
motor DC sebagai penggeraknya?
4. Sebutkan keuntungan & Kerugian Motor DC?
5. Jelaskan rugi-rugi daya pada motor DC?
6. Jelaskan prinsip operasi motor DC seri dan motor DC shunt!
7. Jelaskan pengertian mesin DC dan berikan alasannya secara singkat.
8. Sebutkan perbedaan generator DC dan motor DC dari fungsinya.
9. Dapatkah mesin DC difungsikan sebagai generator? Apa syarat agar
berfungsi sebagai generator DC? Jelaskan dengan gambar skematik.
10. Bila mesin DC difungsikan sebagai motor DC apa syarat yang harus
dipenuhi? Jelaskan dengan gambar skematik.
11. Peragakan dengan tangan anda, bagaimana prinsip pembangkitan ggl dalam
semua generator. Jelaskan singkat dan benar.
12. Peragakan juga dengan tangan Anda, prinsip terjadinya torsi putar pada
motor DC.Jelaskan singkat dan benar.
13. Apa fungsi komutator pada motor DC? Terangkan juga cara kerja sikat
arang berikut komutator pada mesin DC.
14. Gambarkan skematik pengawatan generator Shunt dan generator Kompound.
15. Jelaskan bagian kompounden-kompounden yang termasuk kelompok stator dan
kelompok rotor pada motor DC, berikut fungsi masing-masing.
16. Terangkan dengan gambar skematik prinsip dasar terjadinya reaksi
jangkar pada genera-tor DC.
17. Mengapa pemasangan kutub bantu dapat meminimumkan terjadinya reaksi
jangkar?
18. Sebuah mesin DC terdiri atas belitan jangkar, belitan kutub bantu, dan
belitan kutub kompensasi terhubung seri. Anda gambarkan skematik
pengawatan berikut berikan notasi yang tepat pada masing-masing
kompounden tersebut.
1. Jawab:
2. Jawab:
Untuk mengubah arah putaran dari motor DC dapat dilakukan dengan cara
membalik tegangan input (+) dan (-) dari motor DC tersebut.
3. Jawab:
Karena motor dc mempunyai rugi rugi daya yang kecil dan kecepatannya
mudah dikendalikan dibandingkan dengan motor AC
4. Jawab:
Keuntungan :
kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan
daya.
Motor DCini dapat dikendalikan dengan mengatur:
Tegangan dinamo– meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan
kecepatan.
Arus medan– menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Kerugian :
Motor DCtersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya
dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya
rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rollingmills, sebab
sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada
ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk
penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resikopercikan
api pada sikatnya. Motor DCjuga relatif mahal dibanding motor AC.
5. Jawab:
a. Rugi-Rugi Tembaga atau Listrik
Rugi tembaga terjadi karena adanya resistansi dalam belitan jangkar
dan belitan medan magnet. Rugi tembaga akan diubah menjadi panas
dalam kawat jangkar maupun kawat penguat magnet. Desain motor DC
dilengkapi dengan kipas rotor tujuannya untuk menghembuskan udara
luar masuk ke dalam jangkar dan mendinginkan panas yang terjadi
akibat rugi-rugi tembaga. Rugi tembaga dari belitan dibagi atas:
Rugi tembaga terjadi pada jangkar Ia2.Ra (Watt)
Rugi tembaga medan terdiri dari:
Ish2.Rsh Watt MotorShunt/ Motor Kompound
Is2.Rs Watt Motor Seri/ Motor Kompound
b. Rugi-Rugi Besi atau Magnet
Rugi Histerisis
Ph = Bmax X f · V (Watt)
= SteinmetzHysterisisCoefficient
Bmax = Kerapatan fluks maksimum=
f = Frekuensi dlm Hertz 6-30
V = Volume inti (m3)
nilai x = antara 1,6 s/d 2
Arus Pusar (Eddy Current)
Inti pada stator dan inti pada jangkar motor terdiri dari
tumpukan pelat tipis dari bahan ferromagnetis. Tujuan dari pemilihan
plat tipis adalah untuk menekan rugi-rugi arus Eddy yang terjadi
pada motor DC.
Pe = Ke · Bmax2· f2· V · t2watt
Ke = Konstanta arus pusa
t = Ketebalan inti magnet (m)
c. Rugi Mekanis
Rugi mekanis yang terjadi pada motor disebabkan oleh adanya
gesekan dan hambatan angin, seperti pada bagian poros motor.
6. Jawab:
Motor DC Seri
Pada motor yang mempunyai hubungan seri jumlah arus yang
melewati angker dinamo sama besar dengan yang melewati kumparan. Jika
beban naik motor berputar makin pelan. Jika kecepatan motor berkurang
maka medan magnet yang terpotong juga makin kecil, sehingga terjadi
penurunan EMF. kembali dan peningkatan arus catu daya pada kumparan
dan angker dinamo selama ada beban. Arus lebih ini mengakibatkan
peningkatan torsi yang sangat besar.
EMF kembali mencapai maksimum jika kecepatan angker dinamo
maksimum. Arus yang disedot dari catu daya menurun saat motor makin
cepat, karena EMF kembali yang terjadi melawan arus catu daya. EMF
kembali tidak bisa sama besar dengan arus EMF. yang diberikan pada
motor d.c., sehingga akan mengalir searah dengan EMF yang diberikan.
Karena ada dua EMF. yang saling berlawanan EMF kembali
menghapuskan EMF. Yang diberikan, maka arus yang mengalir pada angker
dinamo menjadi jauh lebih kecil jika ada EMF kembali.
Karena EMF kembali melawan tegangan yang diberikan maka
resistansi angker dinamo akan tetap kecil sementara arus angker
dinamo dibatasi pada nilai yang aman.
Motor DC Shunt
Ketika jangkar motor DC berputar di bawah pengaruh torsi
penggerak, konduktor jangkar bergerak di dalam medan magnet dan
akan menghasilkan tegangan induksi di dalamnya seperti halnya pada
generator. GGL induksi bekerja pada arah yang berlawanan dengan
tegangan terminal Vt (sesuai dengan bunyi Hukum Lenz) dan dikenal
sebagai GGL lawan atau GGL balik Ea.
GGL balik Ea biasanya kurang dari tegangan terminal V, meski
pun perbedaan ini kecil sekali pada saat motor berjalan di bawah
kondisi normal.
Ketika tegangan DC sebesarVtdiberikanpada terminal motor,
suatumedan magnet dihasilkan dan konduktor jangka rdisuplai dengan
arus searah. Dengan demikian, torsi penggerakkan bekerja pada
jangkar yang menyebabkan jangkar mulai berputar. Karena jangkar
berputar, GGL balik Ea diinduksikan berlawanan dengan tegangan
terminal.Tegangan terminal harus memaksa arus mengalir melalui
jangkar melawan GGL balik Ea. Kerja listrik yang dilakukan untuk
mengatasi dan menyebabkan arus mengalir melawan Ea dikonversikan
kedalam energy mekanik yang dibangkitkan di dalam jangkar.Dengan
demikian, pengkonversian energi di dalam motor DC hanya mungkin
jika GGL balik dihasilkan.
7. Jawab:
Mesin DC adalah suatu mesin yang merubah atau mengonversikan
tenaga mekanik menjadi tenaga listrik arus searah maupun sebaliknya yaitu
dari tenaga listrik arus searah menjadi tenaga mekanik. Alasan mengapa
disebut mesin DC adalah karena mesin tersebut menggunakan/menghasilkan
tenaga listrik arus searah / DC.
8. Jawab:
Generator DC berfungsi untuk mengkonversi tenaga mekanik menjadi
tenaga listrik arus searah (DC)
Motor DC berfungsi untuk mengkonversi tenaga listrik arus searah (DC)
menjadi energi mekanik
9. Jawab:
a. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya
generator DC bias difungsikan sebagai motor DC.
b. Sepasang magnet permanenutara-selatan menghasilkan garis medan
magnet Φ, kawat penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus garis
medan magnet Φ. Jika kawat digerakkan kearah ibu jari, maka dalam
kawat dihasilkan arus listrik I yang searah dengan keempat arah jari
tangan.
10. Jawab:
Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk
membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai
apa.
Generator DC alat yang mengubah energy mekanik menjadi energy listrik
DC.
Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energy mekanik
putaran.
Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya
generator DC bias difungsikan sebagai motor DC.
Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut
stator dibongkar terdapa tkutub-kutub magnet bentuknya menonjol .Mesin
DC yang sudah dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah
dikenali. Bagian yang berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang
poros disebut sebagai rotor atau jangkar.
Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang
merupakan kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan
dengan ujung belitan rotor (Gambar 6.3).Komutator merupakan bagian yang
sering dirawat dan dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan
sikat arang untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor.
Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush
holder ) agar kedudukan sikat arang stabil. Pergesekan menekan sikat
arang sehingga hubungan sikat arang dengan komutator tidak goyah. Sika
tarang akan memendek karena usia pemakaian dan secara periodic harus
diganti dengan sikat arang baru. Salah satu kelemahan dari mesin DC
adalah kontak mekanis antara komutator dan sikat arang yang harus
terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan. Tetapi mesin DC juga
memiliki keunggulan khususnya untuk mendapatkan pengaturan kecepatan
yang stabil dan halus. Motor DC banyak dipakai di industri kertas,
tekstil, kereta api diesel elektrik, dan sebagainya.
11. Jawab:
Arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada sebuah
konduktor dalam medan magnet akan berubah dengan bertukarnya arah
dari magnetic flux dan arah gerakan konduktor. Hal ini dapat
ditunjukkan dengan kaidah tangan kanan Fleming, apabila sebuah
penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet, maka gaya
gerak listrik akan bergerak ke kiri".
12. Jawab:
Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri. Sepasang
magnet permanen utara–selatan menghasilkan garis medan magnet Φ, kawat
penghantar di atas telapak tangan kiri ditembus garis medan magnet Φ.
Jika kawat di alirkan arus listrik DC sebesar I searah keempat jari
tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari.
13. Jawab:
Komutator atau cincin belah (splitring) berfungsi untuk
membalik arah arus pada setengah siklus negative dari arus bolak-balik.
Kontak-kontak listrikpada rotating ring disebut "sikat".
Pada sketsa gambar sebelah kiri, sisi coil a terletak pada pole N dan
membawa arus positip sebab hal ini terhubung ke segment shaded commutator
yang bergantian disupplay dari sikat atas. Sisi a memancarkan kerapatan
fluk langsung dari kiri (N) ke kanan (S) dan akan menghasilkan gerakan
kebawah. Tenaga/gerakan ini akan tetap selama sisi coil berada pada pole
N. Kebalikannya sisi b mempunyai arus negatip tetapi juga terletak pada
kerapatan fluk langsung dari kanan kekiri. Sehingga akan menghasilkan
gerakan ke atas. Dengan demikian torsi pada rotor berlawanan jarum jam
arahnya.
Ketika motor bergerak pada posisi gambar kanan, arus
kedua sisi akan berbalik, sebab sisi b sekarang menyuplai arus positip
melalui unshadedcommutatorsegment. Arah gaya pada masing-masing sisi koil
terbalik, denagn kata lain arah toesi akan berbalik. Pada periode yang
singkat ketika coildiluar pengaruh fluk dan comutasi tak terhubung,
torsinya nol.
14. Jawab:
a. Generator Shunt
b. Generator Kompon
15. Jawab:
Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi
dua :
a. Stator (bagian yang diam)
terdiri atas:
Badan Motor Listrik
Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk
mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet,
karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik.
Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-
alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya.
Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang
bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan
nama tersebut untuk mengetahui beberapa hal pokok yang perlu
diketahui dari motor tersebut. Selain papan nama badan motor
juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempat ujung-ujung
penguat magnet dan lilitan jangkar.
Inti kutub magnet dan lilitan penguat magnet
Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada
motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang
dibuat prinsip elektromagnetis. Lilitan penguat magnet
berfungsi untuk mengalirkan arus listrik sebagai terjadinya
proses elektromagnetis.
Sikat-sikat
Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran
arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu
sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi.
Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak
mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak
dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).
b. Rotor (bagian yang berputar)
Terdiri atas:
Komutator
Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya
mempunyai dua bagian yaitu :
1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara
komutator dengan sikat-sikat.
2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan
komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.
Jangkar (angker)
Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalah
berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk
tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL
lawan.
Lilitan jangkar (angker)
Lilitan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempat
terbentuknya GGL lawan.
16. Jawab:
Medan magnet untuk generator DC berasal dari kutub
elektromagnet, berupa belitan kawat yang diberikan listrik DC,
diperoleh kutub utara (North)-selatan (South). Medan magnet melewati
rotor seperti ditunjukkan arah panah. Dengan mengatur besarnya arus
eksitasi yang melewati belitan magnet, makin besar kuat medan magnet
yang dihasilkan. Posisi garis netral tegak lurus dengan medan magnet.
Dalam belitan rotor sesuai prinsip induksi dibangkitkan tegangan
listrik, ketika generator diberikan beban mengalir arus listrik pada
belitan rotor. Pada saat itu dalam rotor juga dibangkitkan medan
elektromagnet, menurut prinsip hokum tangan kanan, arah medan
magnetnya kearah panah. Besar kecilnya medan magnet di rotor
berbanding lurus dengan besar kecilnya arus beban. Saat arus beban
maksimum, medan magnet rotor maksimum, saat arus beban minimum maka
medan magnet rotor juga minimum. Interaksi antara medan magnet stator
dengan medan elektromagnet rotor mengakibatkan jalannya medan magnet
bergeser beberapa derajat.
17. Jawab:
Karena kutub bantu akan memperpendek jalannya garis
medan magnet. Dengan dipasang kutub bantu garis netral akan kembali
keposisi semula, dan kedudukan sika tarang tegak lurus segaris dengan
kutubu tamanya.
18. Jawab:
Jawaban:
"Tabel 6.1 Notasipengenalbelitan Generator DC "
"A "Belitan rotor / jangkar "
"B "Belitan kutub magnet bantu "
"C "Belitankutub magnet kompensasi "
"D "Belitankutub seri "
"E "Belitan kutubShunt "
"F "Belitan kutub terpisah "
Rangkaian generator DC dapat dikenalidari diagram pengawatannya dan
notasi pengena lkutub magnetnya. Pengawatan dengan belitan jangkar A1-
A2, disambung seri dengan magnet kutub bantu B1-B2 dan di seri juga
dengan belitan magnet kutub kompensasi.
Pengawatan berikutnya terdiri kutub bantu kompensasi C1-C2 dan C3-C4
di seri dengan magnet bantu B1-B2 dan B3-B4 dan di tengah-tengah
rangkaian terpasang belitan motor keseluruhannya disebut rangkaian
jangkar / rotor A1-A2.
