Modul Mesin-mesin Listrik

PERCOBAAN I

OPERASI MOTOR DC

1.1 Tujuan

Untuk mengetahui bagaimana motor menghasilkan putaran pada jangkar

sebuah motor d-c.

1.2 Dasar Teori.

Aksi sebuah motor adalah interaksi antara dua medan magnet yang membuat

motor berputar, karena tarikan dan tolakan kedua medan magnet tesebut. Medan

magnet pertama dihasilkan oleh kumparan medan, yaitu kumparan medan shunt

dan kumparan medan seri. Kedua kumparan tersebut berada pada kutub yang

sama. Medan magnet kedua berasal dari kumparan jangkar, kumparan jangkar

adalah belitan yang terpasang pada inti besi rotor. Ketika arus mengalir dalam

kumparan jangkar, sebuah medan magnet ditimbulkan melalui setiap batang

konduktor.

Sebuah medan shunt yang dirancang dihubungkan paralel dengan jangkar,

kumparan medan ini terdiri dari banyak lilitan kawat dengan resistensi tinggi

untuk menjaga arus yang rendah. Sedangkan medan seri terbuat dari sedikit

kumparan dengan diameter yang besar untuk menjaga arus yang besar, karena

kumparan ini dihubungkan seri dengan jangkar yang membawa arus jangkar yang

besar.

Medan magnet yang mengelilingi setiap konduktor jangkar mempunyai

sebuah arah. Dan arah medan ini tergantung pada arah arus yang mengalir melalui

jangkar. Jika anda membalik polaritas sikat (brushes), anda membalik arah medan

magnet kumparan jangkar.

Jika anda membalik salah satu polaritas magnet medan utama atau arah

medan jangkar, rotor akan berputar dengan arah berlawanan. Jika anda mengubah

keduanya bersama-sama, motor akan berputar dengan arah yang sama.

Ketika daya listrik disuplaikan ke kumparan jangkar sebuah motor

membuatnya berputar. Dan ketika motor berputar, kumparan jangkar memotong

medan utama, yang menghasilkan tegangan dalam kumparan jangkar. Tegangan

ini disebut gaya gerak listrik lawan (counter electromotive force) yang

mempunyai polaritas berlawanan dengan tegangan suplai.

Kita tidak dapat mengukur ggl lawan ini secara langsung, sebab volt-meter

yang terpasang pada jangkar membaca tegangan suplai. Jika jangkar tidak sedang

berputar arus yang melaluinya sama dengan tegangan yang melintasi dibagi

dengan resistensinya, I = E/R. Namun ketika jangkar mulai berputar, arus drop

(turun dengan tiba-tiba). Kita dapat melihat ini dari am-meter. Arus yang mengalir

melalui jangkar yang sedang berputar dalam medan magnet diperoleh dari

tegangan aplikasi dikurangi ggl lawan.

I =

Apa yang dapat kita cari pada resistensi kumparan jangkar, mengukur arus

ketika motor sedang berputar dan menghitung tegangan jala, V dari persamaan V

= I. R. Kemudian kita dapat mengukur tegangan supali E, dan menghitung ggl

lawan dari persamaan :

Teg. Ggl lawan = E – V.

1.3 Alat alat Yang Digunakan

Mesin DC (DM-250) : Beroperasi sebagai motor.

Power Supply (ED-5119) : DC 0 -150V, 1A.

DC 0 -125V, 4A.

Volt/Amper Meter (ED-5105) : DC 150V/DC 1A dan DC 150V/DC 5A.

1.4 Prosedur Percobaan

1. Menghubungkan motor seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.1

2. Meminta asisten untuk memeriksa rangkaian yang telah anda buat. Jangan

menghidupkan power suplai sebelumnya.

3. Memutar knob DC 0-125V dan DC 0-150V pada nol.

Gambar 1.1 Rangkaian Percobaan Operasi Motor DC Dengan Kumparan

Medan Paralel Kumparan Jangkar

4. Menghidupkan (turn-OFF) switch breaker sumber utama AC dan hidupkan

pula kedua switch breaker DC dan motor DC.

5. Menaikkan secara perlahan tegangan suplai 125V sampai motor mulai

bergerak. Buatlah catatan apa yang terjadi.

6. Memutar knob power suplai kembali ke nol.

7. Menaikkan secara perlahan tegangan suplai hingga 50 V. Dengan langkah

10 volt. Catat apa yang terjadi pada arus ketika tegangan dinaikan.

8. Mematikan (turn-ON) semua switch breaker. Lepaskan semua sambungan.

9. Dalam langkah 5, medan shunt dibangkitkan energi tetapi jangkar tidak.

Apakah motor berputar? Jelaskan mengapa!

10. Dalam langkah 5, kedua medan dibangkitkan energi. Apakah motor

berputar? Jelaskan mengapa!

11. Membalik polaritas kumparan medan, yang juga merubah polaritas

medan magnet.Ketika anda memasangkan daya, apakah motor membalik

arah atau berjalan seperti sebelumnyaJelaskan mengapa!

12. Memutar knop suplai 125V ke nol.

13. Melepaskan kumparan medan dari supply DC 125 V dan hubungkan

kumparan jangkar secara seri dengan medan seri. Seperti ditunjukan pada

gambar 1.2.

Gambar 1.2 Rangkaian Percobaan Operasi Motor DC Dengan Kumparan

Medan Seri Kumparan Jangkar

14. Menaikkan secara perlahan tegangan suplai 125V sampai motor mulai

bergerak. Buatlah catatan apa yang terjadi.

15. Memutar knob power suplai kembali ke nol.

16. Menaikkan secara perlahan tegangan suplai hingga 30V. Dengan langkah

5 volt. Catat apa yang terjadi pada arus ketika tegangan dinaikan.

PERCOBAAN II

KARAKTERISTIK RUNNING MOTOR INDUKSI

2.1 Tujuan

Untuk mengetahui bagaimana perilaku sebuah motor induksi rotor bajing

dalam kondisi berbeban.

2.2 Dasar Teori

Kecepatan medan putar disebut kecepatan sinkron. Medan ini dipotong oleh

bantalan kumparan rotor bajing, sehingga arus menginduksi ke dalam bantalan

rotor. Medan magnetik rotor (disebabkan oleh arus ini) berinteraksi dengan medan

stator untuk memproduksi torsi pada rotor.

Torsi ini sebanding lurus dengan arus, Ir, dan cosinus sudut fasa antara medan

rotor dan stator (cos ). Cara lain untuk mengekspresikan hubungan ini adalah

bahwa torsi sebanding lurus dengan komponen fasa arus rotor, Ir cos .

Pada saat start, Ir adalah tinggi tetapi komponen fasa rendah sebab faktor

daya (cos ) kecil. Ketika kecepatan rotor naik, tegangan induksi rotor dan

reaktansi induktip keduanya menurun. Secara mendasar Ir menurun sementara cos

menaik.

Gambar 2.1 Kurva Cosinus

Anda dapat melihat tidak ada perbedaan yang banyak dalam harga cos bila

adalah 0 (cos = 1) dan bila adalah 20 (cos = 0.94).

Oleh karena itu, jangkauan operasi motor yang berlebihan, faktor daya rotor

tidak berperanan penting dalam torsi output. Yang lebih penting adalah arus rotor.

Arus rotor jatuh (turun) secara tajam mendekati kecepatan sinkron rotor (yaitu :

slip mendekati nol). Kecepatan tidak harus drop (turun) kembali dengan kenaikan

arus rotor, faktor daya stator, dan torsi.

Bila anda sedang menjalankan sebuah motor induksi tanpa beban, ia memikul arus sebesar-besarnya ketika beban penuh. Namun, arus tanpa beban ini, memiliki dua komponen. Komponen sefasa mensuplai listrik dan rugi-rugi mekanik. Komponen kwadratur (sudut fasa 90 derajat) adalah arus magnetisasi. Arus ini begitu besar dibanding dengan bagian fasanya. Ketika motor dibebani, motor tersebut seperti dipasang sebuah resistensi beban pada sekunder sebuah transformator. Kenaikan arus rotor tidak menambah arus total yang dipikul oleh motor. Arus ini lebih sederhana penggunaannya dari pada arus penggunaan kerja.

Dalam eksprimen ini kita akan menggunakan metode dua-wattmeter pengukur daya input. Ketika tanpa beban, faktor daya lebih kecil dari 0.5. Ini berarti bahwa satu wattmeter harus dihubungkan dengan kumparan tegangan yang dibalik, faktor daya diperbaiki. Ketika faktor daya mencapai 0.5, hubungan kumparan potensial harus dihubungkan secara normal, pembacaanya ditambahkan dengan wattmeter yang satunya.

2.3 Alat-alat yang Digunakan

Motor Induksi (IM-250-3) Electro-Dynamometer (DYN-250). (digantikan dengan pengereman) Power Suplai (ED-5119) : DC 0-150V, 1A. (ED-5120) : AC 208V, 3 (fixed). Volt/Am-Meter (ED-5105) : DC 150V/ DC 2,5A. (ED-5160) : AC 300V/AC 5A.

AC Watt-Meter (ED-5109) : 0-600W (300V, 4A) : 2EA. (tidak digunakan)

Resistensi Beban (ED-5101). (tidak digunakan/diganti dengan

pengereman)

Tacho-Meter : 1000-2500 rpm.

Pully Dan Belt Mesin

2.4 Prosedur Percoaan

1. Meletakkan kedua mesin diatas meja. Motor sebelah kiri; dinamo-meter

(pengereman/beban) sebelah kanan. Kopling dan klem kedua mesin

secara kuat.

2. Menghubungkan pengereman / beban seperti dalam Gambar 2.2. Jangan

menghidupkan power suplai sebelumnya.

Gambar 2.2 Percobaan Karakteristik Running Motor Induksi

3. Meminta asisten untuk mengecek kebenaran hubungan yang sudah anda

buat.

4. Switch motor dalam keadaan mati (OFF), hidupkan (turn-ON) switch

breaker sumber utama. Tegangan suplai 220V.

5. Menghidupkan (turn-ON) motor.

6. Hasil pengujian catat dalam Tabel 2.1, kondisi tanpa beban.

7. Persamaan untuk menghitung daya total input semu dalam voltampere

adalah: VA = Line Volt x Line Amps x 1.73.

Karena tegangan input adalah 220 dan tidak berubah, harganya dikalikan

dengan 1.73 menghasilkan konstanta baru.

VA = 380 x Line Amps.

8. Power faktor motor adalah perbandingan daya nyata (watt) terhadap daya

semu (volt-ampere).

Rem

PERCOBAAN III

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI ROTOR BELITAN

3.1 Tujuan:

Untuk mengetahui pengaruh resistensi rotor terhadap kecepatan motor

induksi rotor belitan.

3.2 Teori Dasar

Pada saat start, resistensi rangkian rotor dapat mencegah lonjakan arus

yang besar. Kesulitan kita yaitu menurunkan torsi start. Hal ini terimbangi oleh

kenyataan bahwa anda memperoleh torsi per amper arus starting. Resistensi

mengatasi masalah ini dengan membuat medan rotor tertutup se-fasa dengan

medan stator. Dengan kata lain, ia memperbaiki faktor daya rotor.

Namun, sekali rotor mulai berputar frekuensi rotor ini mulai menurun.

Ketika sebuah motor rotor belitan sedang berjalan tanpa beban, frekuensi rotor

hanya 5 hz atau lebih. Pada frekuensi ini, kumparan rotor secara praktis tidak

mempunyai reaktansi induktip. Jika anda menghubungkan resistensi seri dengan

kumparan rotor, ia tidak akan memperbaiki faktor daya rotor. Semua kumparan

itu akan menambah rugi-rugi dalam rangkaian rotor.

Sampai disini apa yang terjadi: motornya sendiri secara otomatis

menemukan besarnya slip yang diperlukan untuk memproduksi arus rotor yang

akan mengemudikan beban pada kecepatan itu. Sekarang anda menambah

resistensi rotor.

Keadaan ini membuat rotor bergerak lambat. Tetapi beban tidak berubah.

Oleh karena itu, rotor menarik arus yang cukup besar untuk memproduksi torsi

ekstra. Ingat, beban sebanding dengan torsi kali kecepatan. Jika kecepatan turun,

torsi naik karena beban konstan. Maka dengan resistensi rotor dapat disediakan

pengaturan kecepatan dari motor rotor belitan. Namun pengaturan itu tidak akurat,

karena kecepatan berubah dengan berubahnya beban.

3.3 Alat-alat Yang Diperlukan.

Motor induksi rotor belitan (WRM-250-3)

Dynamometer (DYN-250).

Power suplai (ED-5119) : d-c 0-150V, 1A.

(ED-5120) : suplai tetap ac 3 fasa.

Volt/am-meter (ED-5105) : d-c 150V.

(ED-5106) : a-c 300V/a-c 1A, 2.5A.

Resistensi beban (ED-5101). (tidak digunakan)

Pengaturan kecepatan rotor belitan (ED-5115).

Tachometer : 1000-2500 rpm.

Pully dan belt mesin.

3.4 Prosedur Percobaan

1. Meletakkan kedua mesin diatas meja kerja: motor sebelah kiri,

dynamometer sebelah kanan. Kopling dan klem kedua mesin dengan kuat.

2. Menghubungkan motor rotor belitan dan dynamometer seperti

ditunjukkan dalam Gmb. 3-1.

3. Meminta asisten untuk mengecek kebenaran rangkaian yang telah anda

buat. Pastikan semua switch beban ED-5101 posisi ke bawah (OFF).

4. Dengan ED-5115 dalam posisi resistensi minimum (start). Hidupkan

(turn-ON) sumber utama a-c dan switch breaker motor.

5. Memutar knob pada ED-5115 searah jarum jam penuh sampai posisi

resistensinya maksimum (RUN).

Hidupkan (turn-ON) suplai 0-150V dan atur penguatan pada 120 volt.

6. Gunakan reostat medan dynamometer untuk mengatur tegangan

terminalnya sampai 100 volt.

7. Skala nol dynamometer dengan posisi berat bagian belakang.

8. Bebani dynamometer dengan menghidupkan switch-on 1-6 dan 9 dari

ED-5101.

9. Mengatur kembali reostat medan dynamometer atau suplai penguatan,

sebagaimana yang syaratkan, untuk menjaga tegangan terminal 100 volt.

10. Baca kecepatan, arus stator, kecepatan, dan arus rotor dan catat dalam

Tabel 3.1.

Catatan : Anda akan melihat getaran kecil jarum pengukuran am-meter arus rotor.

Hal ini disebakan frekuensi tegangan rotor yang rendah. Saat kecepatan rotor

meningkat, frekuensi turun. Baca am-meter pada titik tengah antara jarum

ekstrem.