MESIN LISTRIK IITUGAS KE - 2Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Mesin Listrik II

Oleh :Erfan Djati WidodoNIM : 3.31.13.1.08LT 2BPROGAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI SEMARANGSEMARANG2014TUGAS 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.Jawaban :Diketahui : a. V = 230 volt b. V = 230 volt Ra = 0,312 ohmRa = 0,417 ohm Ia = 48 AmpereIa = 48 Ampere E = 2 E = 2Jawab :a. Ea = V Ia . Ra 2 E = (230 2 ) (48 x 0,312) = 213 volt Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea x Ia = 213 x 48 = 10.224 watt

b. Eb = V Ia . Ra 2 E = (230 2) (48 x 0,417) = 208 volt Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea x Ia = 208 x 48 = 9984 watt

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.Jawaban :Diketahui : B = 0,8 T I = 10A = 150 mm = 0,155 m z = 400Jawab : F = B.I..z = 0,8 . 10 . 0,15 . 400 = 480 Newton

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?Jawaban :Diketahui :P = 40 KW = 40 x 1000 = 40000WVT= 200 VRa = 0,6 OhmRs = 0,04 ohmRsh= 93 Ohm

Jawab :Rs total = Rs + Ra = 0,04 + 0,6= 0,64 OhmRp total = Rs total + Rsh/Rs total + Rsh= 0,64 x 93/0,64 + 93 =0,64 OhmP = V x II = P/I = 40000 /200 = 200AIsh = 200/93 = 2,15 AIa = I - Ish = 200-2,15 = 197,84Amaka :Eb = Vt-Ia x Ra-Ia x Rs = 200 - (197,84 x 0,6 ) - (197,84 x 0,04 ) = 73,384 V4. 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?Jawaban :Diketahui :P= 40 KW = 40 X 1000 = 40000WVT = 250 VRa = 0,5 OhmRs = 0,02 ohmRsh= 95 Ohm

Jawab :I= = = 160Ish = = 2,6Ia= I Ish = 157,4Eb = V Ia (Ra+Rs)= 250 157,4(0,5+0,02)= 168,2VP= Eb x Ia= 168,2 x 157,4= 26474,68 W

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?Jawaban :Diketahui :P= 40 KW = 40 X 1000 = 40000WVT= 200 VRa = 0,5 OhmRs = 0,02 ohmRsh = 95 OhmJawab :Rs total = Rs + Ra = 0,02 + 0,5 = 0,52 OhmRp total = Rs total + Rsh/Rs total + Rsh = 0,52x95/0,52 + 95 = 0,51 OhmP = V x II = P/V = 40000 /200 = 200 AIsh = 200/95 = 2,10 AIa = I - Ish = 200 - 2,10 = 197,9 Amaka :Eb = Vt-Ia x Ra-Ia x Rs = 200 - (197,9 x 0,5 ) - (197,9 x 0,02 )= 200 98,95 3,958= 97,092 Volt

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 ?Jawaban :Diketahui :Pout = 50 KW = 50000 wattVt = 250 voltRa = 0,1 ohmVsi = 2 voltJawab :I = P out / VtI = 50000 / 250 = 200 AVt = Eb +IaRa + Irs + VsiVt = Eb + 200.0,1 + 200.0,15 + 2Vt = Eb + 20 + 30 + 2Vt = Eb + 52Eb = 250 52Eb = 198 volt

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 outputJawaban :Diketahui :V in = 230 voltRsh = 92 ohmRs = 0,015 ohmRa = 0,03 ohmPin = 34,5 KW = 34500 wattJawab :I =P/VtI = 34500 / 230 = 150 AIsh = Vt Irs = 230 ( 150 x 0,015 ) = 2, 475 A Rsh 92a. Ia = I IshIa = 150 2,475Ia = 147,525 Ab. Eb = Vt IaRa Irs V siEb = 230 ( 147,525 x 0,03 ) ( 150 x 0,015 ) 0Eb = 223, 32 Voltc. P out put = Eb x Ia = 223,32 x 147,525 = 32,945 KW

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

Jawaban :Diketahui :Pin = 30 KW = 30000 wattV in = 600 VoltRa = R sikat = 0,14 ohmRs = 0,012 ohmJawab :I = = = 500 AIsh = = = 8 Aa. Ia= I Ish= 500 8= 492 Ab. Eb= Vt Ia (Ra+Rs)= 600 492 (0,41+0,0009)= 397,8 Voltc. P = Eb x Ia = 397,8 x 492= 195.717 W

TUGAS PERTANYAAN TEORI

1. Gambar rangkaian ekuivalen motor DC?Jawaban :

2. Bagaimana Cara mengubah arah putaran motor DC?Jawaban :Untuk mengubah arah putaran dari motor DC dapat dilakukan dengan cara membalik tegangan input (+) dan (-) dari motor DC tersebut.

3. Mengapa kereta listrik di jepang (ex : kereta sinkansen) menggunakan motor DC sebagai penggeraknya?Jawaban :Karena motor dc mempunyai rugi - rugi daya yang kecil dan kecepatannya mudah dikendalikan dibandingkan dengan motor AC

4. Sebutkan keuntungan & Kerugian Motor DC?Jawaban : Keuntungan : kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur: Tegangan dinamo meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan. Arus medan menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Kerugian : Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, 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 resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

5. Jelaskan rugi-rugi daya pada motor DC?Jawaban : Rugi-Rugi Tembaga atau ListrikRugi 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 = Motor Shunt/ Motor KompoundIs2 Rs Watt = Motor Seri/ Motor Kompound

Rugi-Rugi Besi atau Magnet Rugi HisterisisPh = Bmax X f V Watt= Steinmetz Hysterisis Coefficient

Bmax = Kerapatan fluks maksimum =

f = Frekuensi dlm Hertz 6-30V = 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-rugiarus Eddy yang terjadi pada motor DC.

Pe = Ke Bmax2 f2 V t2watt Ke = Konstanta arus pusa

t = Ketebalan inti magnet (m)

Rugi MekanisRugi mekanis yang terjadi pada motor disebabkan oleh adanya gesekan dan hambatan angin, seperti pada bagian poros motor.

6. Jelaskan prinsip operasi motor DC seri dan motor DC shunt!Jawaban : Prinsip Operasi Motor DC SeriPada 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. Prinsip Operasi Motor DC ShuntKetika jangkar motor DC berputar di bawah pengaruh torsi penggerak, konduktor jangkar bergerak di dalam medan magnet dan akan menghasilkan tegangan induksi di dalamnya sepertihalnya 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, meskipun perbedaan ini kecil sekali pada saat motor berjalan di bawah kondisi normal.Ketika tegangan DC sebesarVt diberikan pada terminal motor, suatu medan magnet dihasilkan dan konduktor jangkar disuplai dengan arus searah. Dengan demikian, torsi penggerak akan 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 energi mekanik yang dibangkitkan di dalam jangkar. Dengan demikian, pengkonversian energi di dalam motor DC hanya mungkin jika GGL balik dihasilkan.

7. Jelaskan pengertian mesin DC dan berikan alasannya secara singkat.Jawaban :Mesin arus searah (mesin DC) dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya generator DC bisa difungsikan sebagai motor DC.Alasan mengapa disebut mesin DC adalah karena mesin tersebut menggunakan/menghasilkan tenaga listrik arus searah / DC. 8. Sebutkan perbedaan generator DC dan motor DC dari fungsinya.Jawaban :Generator DC adalah alat yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Sedangkan Motor DC adalah alat yang berfungsi mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran.

9. Dapatkah mesin DC difungsikan sebagai generator? Apa syarat agar berfungsi sebagai generator DC? Jelaskan dengan gambar skematik.Jawaban :Dapat, karena Mesin arus searah (mesin DC) dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC.

10. Bila mesin DC difungsikan sebagai motor DC apa syarat yang harus dipenuhi? Jelaskan dengan gambar skematik.Jawaban : Mesin arus searah (mesin DC) dapat berupa generator DC atau motor DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran.

11. Peragakan dengan tangan anda, bagaimana prinsip pembangkitan ggl dalam semua generator. Jelaskan singkat dan benar.Jawaban :

Arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada sebuah konduktor dalam medan magnet akan berubah dengan bertukarnya arah darimagnetic fluxdan arah gerakan konduktor.Hal ini dapat ditunjukkan dengan kaidah tangan kanan Fleming yaitu;Apabila sebuah penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet, maka gaya gerak listrik akan bergerak ke kiri.

12. Peragakan juga dengan tangan Anda, prinsip terjadinya torsi putar pada motor DC.Jelaskan singkat dan benar.Jawaban :Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri Fleming. Kaidah tangan kiri Flemming menyatakan jika kawat penghantar di atas telapak tangan kiri ditembus garis medan magnet F. Pada kawat dialirkan arus listrik DC sebesar I searah keempat jari tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari.

13. Apa fungsi komutator pada motor DC? Terangkan juga cara kerja sikat arang berikut komutator pada mesin DC.Jawaban :Komutator merupakan kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan ujung belitan rotor. 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. Pegas akan menekan sikat arang sehingga hubungan sikat arang dengan komutator tidak goyah. Sikat arang akan memendek karena usia pemakaian dan secara periodik harus diganti dengan sikat arang baru.

14. Gambarkan skematik pengawatan generator Shunt dan generator Kompound.Jawaban :

15. Jelaskan bagian kompounden-kompounden yang termasuk kelompok stator dan kelompok rotor pada motor DC, berikut fungsi masing-masing.Jawaban :Bagian stator motor DC terdiri atas: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing, dan terminal box, sedangkan bagian rotor terdiri: komutator, belitan rotor, kipas rotor, dan poros rotor.Komutator berfungsi mengumpulkan arus menggantikan dua cincin geser.

16. Terangkan dengan gambar skematik prinsip dasar terjadinya reaksi jangkar pada generator DC.Jawaban :

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 melewatibelitan 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 hukum tangan kanan, arah medan magnetnya ke arah 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. Mengapa pemasangan kutub bantu dapat meminimumkan terjadinya reaksi jangkar?Jawaban :Karena arus yang menuju kutub bantu sama besarnya dengan arus yang menuju rangkaian jangkar. Sehingga reaksi jangkar pada motor terkendali secara otomatis oleh kutub bantu. Belitan kutub bantu dirangkaikan secara seri dengan rangkaian 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.Jawaban :Tabel 6.1 Notasi pengenal belitanGenerator DC

ABelitan rotor /jangkar

BBelitankutubmagnetbantu

CBelitankutubmagnetkompensasi

DBelitankutubseri

EBelitankutubShunt

FBelitankutubterpisah

Rangkaian generator DC dapat dikenali dari diagram pengawatannya dan notasi pengenal kutub magnetnya. Pengawatan dengan belitan jangkar A1-A2, disambung seri dengan magnet kutub bantu B1-B2 dan diseri juga dengan belitan magnet kutub kompensasi.

Pengawatan berikutnya terdiri kutub bantu kompensasi C1-C2 dan C3-C4 diseri dengan magnet bantu B1-B2 dan B3-B4 dandi tengah-tengah rangkaian terpasang belitan rotor, keseluruhannya disebut rangkaian jangkar / rotor A1-A2.