pada motor listrik arus searah -...

5
ProsidingSeminar Nasional Bahan Magnet I Serpong, 11 Oktober 2000 ISSN 1411 -7630 UJI FUNGSI MAGNET PERMANEN ELASTIS P3IB PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH .511 Gunawan, Achmad Hindasyah, Ridwan, Wagiyo, Agus S. PuslitbangIptek Bahan-BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang ABSTRAK UJI FUNGSI MAGNET PERMANEN ELASTIS P3IB PADA MOTOR LISTRIKARUS SEARAH. Akhir-akhir ini bahan magnet permanen elastis telah berhasil dibuat di Puslitbang Iptek Bahan (P3IB)-BATAN. Untuk mengetahui unjuk kerjanya, eksperimen pemakaian bahan magnet permanen elastis P31B pada motor arus searahberdaya rendah telah dilakukan dan hasilnya diuraikan pada makalah ini. Cuplikan magnet permanenelastis (MTI-PIB) dipasangpada motor arus searahdengan tegangan jepit 2,99 Volt, kemudian dilakukan pengukuran tahanan kawat dan arusjangkar serta pengukurantegangandan kecepatan putaran jangkar. Pengukuran yang sarnajuga dilakukan terhadap magnet permanen kaku dati motor mainan anak-anak yang diperoleh di pasaran (MTI-PAS). Dari basil eksperimen diperoleh bahwa magnet permanen elastis P31B telah dapat berfungsi untuk menjalankan motor arus searahberdaya rendah. Torsi basil perhitungan dati putaran motor cenderung meningkat dengan menurunnya putaran jangkar sesuai dengan literatur. Kala Kunci : Motor listrik arussearah, magnet permanen elastik, putaran jangkar, arus jangkar. ABSTRACT THE FUNCTIONAL TEST OFP3IB ELASTIC PERMANENT MAGNET ON ANELECTRIC DIRECT CUR. RENT MOTOR. Recently, elastic permanent magnets have been developed at the Research and Development Center for Materials Science and Technology (P31B)-BATAN. To obtain the performance of the home-made magnets,functional tests have been carried out on a low powered direct current motor using these magnets. The elastic permanent magnet(MTl-PlB) was installed in a 2.99 Volt dc-motor, then the resistanceand the current of the armature as well as the voltage and the rotational speed of the armature were measured. The same test was also performed on the commercial rigid permanent magnet (MTI-PAS). Based on the experimental results, it was obtained that the elastic magnet produced by P3lB is able to run the low powered dc-motor. The motor torque calculated from the rotational speed tends to increase by decreasingthe rotation of amarture as described in literature. Key Word: dc -motor, elastic permanent magnet, rotational speed of armature, current of armature. PENDAHULUAN Akhir-akhir ini bahan magnet permanenbanyak dimanfaatkan untuk berbagai jenis aplikasi. Aplikasi magnet permanen yang paling sederhana adalah sebagai alat penahan atau penggantung kertas pada papan white-board. Dalam bidang instrumentasi, magnet permanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat ukur tahanan, arus dan tegangan listrik. Selain itu, bahan magnet permane:n juga banyak digunakan pada motor listrik, mulai illlri motor untuk mainananak, untuk audio dan video tape recorder hingga motor untuk menggerakkan kompolnen-komponen otomotif(wipe1; power window) danm{~sindipabrik [1]. Umumnya, magnet yang digun;ikan pada motor listrik saatini berupa bahan magnetpem 1allen kaku/tidak elastis. Bentuk magnet yang dipakai kebanyakan berbentuk lempengan lengkung atau cincin dengan ukuran yang bervariasi. Disamping itu, fl uks medanmag- net yang digunakan juga bervariasi t(~rgantung pada daya atau torsi yang diperlukan. Denga n majunya ilmu pengetahuan dan teknologi bahan, dalam beberapa tahun terc)khir ini, Penelitidi Puslitbang Iptek Bahan(p3 IB) telah merintis pengembangan pembuatan magnet pennanen elastis. Sekarangmagnet permanen elastis telah berhasil dibuat di P3IB-BATAN. Untuk mengetahui unjuk kerjanya dalam aplikasi praktis, uji coba bahan magnet permanenterseput telah dilakukan pada motor listrik arus searah berdayarendah. Arus dan kecepatan putar jangkar motor diukur, kemudian datanya dianalisis dan hasilnya diuraikan pacta makalah ini. Hasil eksperimen menunjukkanbahwa magnetpermanen elastisP31B telah dapatcliaplikasikan pacta motor listrik arus searah berdaya rendatl. TEom Motor listrik merupakan alat untuk mengubah ener:gi listrik menjadi energimekanik atau energiputaran. 82

Upload: lekhanh

Post on 03-Mar-2019

266 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-7630-2000-1-082.pdfpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerpong, 11 Oktober 2000 ISSN 1411 -7630

UJI FUNGSI MAGNET PERMANEN ELASTIS P3IBPADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH

.511

Gunawan, Achmad Hindasyah, Ridwan, Wagiyo, Agus S.Puslitbang Iptek Bahan-BATAN

Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang

ABSTRAK

UJI FUNGSI MAGNET PERMANEN ELASTIS P3IB PADA MOTOR LISTRIKARUS SEARAH. Akhir-akhir inibahan magnet permanen elastis telah berhasil dibuat di Puslitbang Iptek Bahan (P3IB)-BATAN. Untuk mengetahui unjukkerjanya, eksperimen pemakaian bahan magnet permanen elastis P31B pada motor arus searah berdaya rendah telah dilakukandan hasilnya diuraikan pada makalah ini. Cuplikan magnet permanen elastis (MTI-PIB) dipasang pada motor arus searah dengantegangan jepit 2,99 Volt, kemudian dilakukan pengukuran tahanan kawat dan arus jangkar serta pengukuran tegangan dan kecepatanputaran jangkar. Pengukuran yang sarna juga dilakukan terhadap magnet permanen kaku dati motor mainan anak-anak yangdiperoleh di pasaran (MTI-PAS). Dari basil eksperimen diperoleh bahwa magnet permanen elastis P31B telah dapat berfungsiuntuk menjalankan motor arus searah berdaya rendah. Torsi basil perhitungan dati putaran motor cenderung meningkat denganmenurunnya putaran jangkar sesuai dengan literatur.

Kala Kunci : Motor listrik arus searah, magnet permanen elastik, putaran jangkar, arus jangkar.

ABSTRACTTHE FUNCTIONAL TEST OFP3IB ELASTIC PERMANENT MAGNET ON ANELECTRIC DIRECT CUR.

RENT MOTOR. Recently, elastic permanent magnets have been developed at the Research and Development Center forMaterials Science and Technology (P31B)-BATAN. To obtain the performance of the home-made magnets, functional tests havebeen carried out on a low powered direct current motor using these magnets. The elastic permanent magnet(MTl-PlB) wasinstalled in a 2.99 Volt dc-motor, then the resistance and the current of the armature as well as the voltage and the rotational speedof the armature were measured. The same test was also performed on the commercial rigid permanent magnet (MTI-PAS). Basedon the experimental results, it was obtained that the elastic magnet produced by P3lB is able to run the low powered dc-motor.The motor torque calculated from the rotational speed tends to increase by decreasing the rotation of amarture as described in

literature.

Key Word: dc -motor, elastic permanent magnet, rotational speed of armature, current of armature.

PENDAHULUAN

Akhir-akhir ini bahan magnet permanen banyakdimanfaatkan untuk berbagai jenis aplikasi. Aplikasimagnet permanen yang paling sederhana adalah sebagaialat penahan atau penggantung kertas pada papanwhite-board. Dalam bidang instrumentasi, magnetpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrikseperti alat ukur tahanan, arus dan tegangan listrik.Selain itu, bahan magnet permane:n juga banyakdigunakan pada motor listrik, mulai illlri motor untukmainan anak, untuk audio dan video tape recorder hinggamotor untuk menggerakkan kompolnen-komponenotomotif(wipe1; power window) danm{~sindipabrik [1].

Umumnya, magnet yang digun;ikan pada motorlistrik saat ini berupa bahan magnet pem 1allen kaku/tidak

elastis. Bentuk magnet yang dipakai kebanyakanberbentuk lempengan lengkung atau cincin denganukuran yang bervariasi. Disamping itu, fl uks medan mag-net yang digunakan juga bervariasi t( ~rgantung padadaya atau torsi yang diperlukan. Denga n majunya ilmu

pengetahuan dan teknologi bahan, dalam beberapa tahunterc)khir ini, Peneliti di Puslitbang Iptek Bahan(p3 IB) telahmerintis pengembangan pembuatan magnet pennanenelastis.

Sekarang magnet permanen elastis telah berhasildibuat di P3IB-BATAN. Untuk mengetahui unjukkerjanya dalam aplikasi praktis, uji coba bahan magnetpermanen terseput telah dilakukan pada motor listrik arussearah berdaya rendah. Arus dan kecepatan putar jangkarmotor diukur, kemudian datanya dianalisis dan hasilnyadiuraikan pacta makalah ini. Hasil eksperimenmenunjukkan bahwa magnet permanen elastis P31B telahdapat cliaplikasikan pacta motor listrik arus searah berdaya

rendatl.

TEomMotor listrik merupakan alat untuk mengubah

ener:gi listrik menjadi energi mekanik atau energi putaran.

82

Page 2: PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-7630-2000-1-082.pdfpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat

Vii Fungsi Magnet Perman en Elastis P3lB Pada Motor Listrik Arus Searah (Gunawan)

TATAKERJA

.Bahan

Sebagai bahan uji digunakan dua jenis magnetpermanen. Magnet jenis pertama adalah magnetpermanen elastis yang dibuat di Bidang Zat Mampat,P3IB-BATAN dan magnetjenis kedua adalah magnetpermanen kaku dari pasaran yang dipakai pacta motormainan anak-anak, keduanya berbentuk lempengan.MagnetP3IB memiliki ukuran (12mm xl3 mm x2 rom),sedangkan magnet dari pasaran mempunyai ukuran (12mmx 15mmx2mm).Datapengukuranmedanmagnet(B) dengan Gauss-meter untuk masing-masing cuplikandapat dilihat pada lampiran I.

Sebagai motor uji digunakan motor listrik arussearah dengan tegangan jepit sekitar 3 volt dan kumparanjangkar (N) sebanyak 30 dan 65lilitan. Cuplikan uji denganmagnetP3IB diberinamaMTI-PIB30 untuk N =30 lilitandan MTI-PIB65 untuk N = 65lilitan, sedangkan cuplikan

uji dengan magnet pasar diberi nama MTI-PAS30 danMTI-PAS65 masing-masing untuk kumparan jangkarsebanyak 30 dan 65 lilitan.

Secara fisik, motor listrik arus searah dibangun darikumparanjangkaryang diletakkan di dalam medan mag-net. Pacta poros jangkar dipasang sebuah komutatoryang dihubungkan dengan sikat-sikat ke sumbertegangan. Motor listrik ini bekerja berdasarkan pactamomen gaya yang timbul hila kumparan yang beradadalam medan magnet dialiri arus listrik.

Bila kawatjangkar dihubungkandengan sumbertegangan, maka kawat sebelah kiri dan kanan dari porosjangkar mendapat gaya yang ber1awanan sehingga pacta

kumparan bekerja kopel gaya yang menyebabkan jangkarberputar. Besar momen gaya atau torsi putaran jangkarmotor dapat ditentukan menggunakan persamaan [2],

-O,159x cl>x1jxZ x K -60x Ex lJ[ Nm ]'l" - A - 2 (1)

1Z"xn

dengan, cI> : Fluks magnet [ Wb]lj : Arusjangkar[A]Z : Banyaknya alur jangkarK : Jumlah kutubA : Jumlah cabang paralel kumparan

jangkarE : Gayagerak listrik [Volt]n : Putaranjangkar [rpm] 2. Peralatan

Pacta pengujian ini digunakan beberapa jenisperalatan, yaitu sumbertegangan listrik searah (tegangandc) serta multimeter dan Gauss-meter. Untuk mengukurkecepatan putaran jangkar motor digunakan tachometermerk Sanwa SE-I 00.

Pada sebuah motor, hubungan antara tegangan jepitdengan arus jangkar dapat dinyatakan dengan

persamaan [3.],U= E + Ij x R (2)

dengan U : Teganganjepit [Volt]E : Gayagerak listrik [Volt]R : Tahananjangkar [Ohm]

3. Metoda eksperimen

Eksperimen dilakukan dengan tahapan sebagaiberikut. Sebelum motor dijalankan, besar medan magnetdan hambatan kawat lilitan jangkar motor diukur.Selanjutnya motor diputar dengan memberikan teganganjepit (U) tetap sebesar 2.99 Volt dan dilakukanpengukuran arus listrik yang mengalir melalui jangkar.tegangan listrik pada kedua ujung terminal kawat sikat(brush) dan kecepatan putaran motor dengan diagramrangkaian pengukuran seperti pada Gambar 1.

Sedangkan besar putaran motor listrik yang dihasilkan

dapat dihitung menggunakan persamaan[2],

ExAx60II> x Z x K = [rpm] : Jumlah putaranjangkarmotor (3)n=

dengan n

Magnet pennanen Tachometer

M~:.1-1fi-~~6-tor-dc ~ Amper meter

A

I 1

Selain torsi daD putaran motor, salah satu besaranpenting dari sebuah motor adalah daya daD rendemenatau efisiensi. Besar daya dari suatu motor arus searah

dapat ditentukan dengan persamaan [2],

Pk=TX~ :..(4)

Rendemen motor (11) ditentukan dari perbandingan dayayang dihasilkan oleh motor (Pk) dengan daya yangdiserap motor (Pm) dengan [4],

Pk1] = p;xlOO% (5)

--.-.voltmeter ~

Roda

Gambar I. Diagram rangkaian pengukuran.

~ Sumber\ tegangan OC

Ka\Wt sikat

Page 3: PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-7630-2000-1-082.pdfpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerpong, 11 Oktober2000

ISSN 1411 -7630

Tabel I. Data pengukuran arus jangkar (Ij), gaya gerak listrik (E), dan putaran motor (n) sertadata perhitungan torsi, daya dan efisiensi motor uji dengan N=30 lilitan.

~

i Arus PutaranI Daya Daya

jangkar motor masukan keluaran(Ii) [A] (n) [~m] ! (Pm) ~att] (Pk) [Watt]

2.21 I 2.12 5695 0.0079 6.69 I 4.69 I2.30 2.09 i 4~89 0.0102 6.88 4.812.45 2.04 I ~2Q.4 0.0136 7.33 5.002.50 204 ! 2858 0.0170 7.48 5.10

--1.2L[=:i:22= 1490 Q.Q~.41 i 7.98 531

~~~~:::~~ 7.062.70 i 2.43 4152 -Mlli-~~=:~*=

~~:::~-M2.2.6- 8.40t:::~ =I ~.~! 2.33 1618 0.0414 9.00 7.01'3.25 2_32 i 1475 0.0488 9.72 7_54 78

Tabel 2. Data pengukuran arus jangkar (Ij), gaya gerak listrik (E), dan putaran jangkar (n) sertadata perhitungan torsi, daya dan efisiensi motor uji dengan N=65 lilitan.

Selanjutnya, torsi putaran motor, daya danrendemen motor dihitung dati data-data pengukurantersebut dengan persamaan 1, 4 dan 5.

jangkar menurun karena tegangan jepit (U) tetap, Untukni1ai putaran jangkar yang sarna (4000 !pm), cuplikan ujiMfI-PIB30 menyerap aros 2,35 Adengandayakeluaran5,05 Watt, sedangkan arus yang diserap cuplikan Mfl-

10,00

9,00

8;00

$";00i 26,00

~Ji(S,OO d ' 4,00

:1,00

2;001.000.00

HASIL EKSPERIMEN DANHASAN

PEMBA-a

-+--~

~~ a

-.

--~-e-~-!FISIENSI

--

0,00 l.00 2,00 ),00 4,00 5,00 6,00

T x lOO[Ntn]

10,00

9,00

8,00

"1'7.00i ::6,00~ ~ 5,00

! .14.00\fi 3,00

2,00

1,000,00

~b

p0-1

~..-Pb

-+-Pm-'-Pk-.FI$1ENSI

Hasil pengukuran medan magnet kedua magnetuji daD hambatan kedua lilitan kumparan jangkardiberikan pada Lampiran I. Diketahui magnet P3IBmemiliki sebaran medan magnet yang kurang meratadibandingkan dengan magnet uji dari pasaran. Dari hasilpengukuran hambatan listrik, penambahan lilitanmengakibatkan bertambahnya hambatan listrik sepertiditunjukkan pacta lampiran I.

Tabel! menunjukkan hasil pengukuran arus, gayagerak listrik dan kecepatan putaran jangkar motor ujidengan N=30 lilitan , sedangkan hasil pengukuran pa-rameter-parameter terse but untuk motor uji dengan N=65lilitan diperlihatkan pada Tabe12.

Gambar 2a menunjukkan hasil regresi linier datapengukuran putaran motor terhadap arus jangkar untukmotoruji dengan N=30, sedangkan data yang sarna untukmotor uji dengan N=65 diberikan pacta Gambar 2b.

Dari Gambar 2 tampak bahwa semakin rendahputaran motor karena beban yang semakin besar, arusjangkar meningkat. Hal ini dapat diterangkan daTipersamaan 2 dan 3. Menurut persamaan 2, meningk.atnyaarus jangkar mengakibatkan gaya gerak listrik pacta k:awat

O;()()1,()()2,()()),()()4,()()5,()()6.()()

Tor81 x I()() [Nnl)

Gambar 2. Pengaruh putaran motor terhadap arus jangkarmotor uji.a. motor uji .:iengan N=30 lilitan;b. motor uji dengan N=6S.

84

Page 4: PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-7630-2000-1-082.pdfpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat

Uji Fungsi Magnet Perman en Elastis P3IB Pada Motor Listrik Arus Searah (Gunawan)

10,009,00

8,00

7,00~J'=: 6,00~ ~ 5,00! D 4,00

!2 3,002,001,00

0,00

a

"'

!-+-~ i

i~~-1.~~~-r'-j

~

0,00 1.00 '2,00 3,00 4,00 5,00 6.00

Trxsi x 100 [Nm)

PAS30 yaitu sebesar 2,70 A dengan daya keluaran 5,46Watt, meskipun beban penyebabnya ( dalam hal initorsinya) belum tentu sarna. Kecenderungan yang sarnajuga teIjadi padacuplikan ujiMl'I-P1B65 danMl'I-PAS65.

Putaran jangkar motor juga dipengaruhi oleh

jumlah lilitankumparan jangkar. Dengan membandingkanGambar 2a dengan Gambar 2b diperoleh bahwa untukmenghasilkan putaran motor yang sarna (bebannyabelum tentu sarna), motor uji dengan N=65 lilitanmenyerap arus (karena ada beban di roda motor) lebihkecil dibanding motor uji dengan N=30 lilitan. Hal inidisebabkan karena meningkatnya jumlah lilitan akanmemperbesar hambatan kawat jangkar ( R ) sehingga datipersamaan 2 dapat diketahui bahwa harga arus jangkar Ijakan mengecil dengan meningkatnya lilitan jangkar.

Gambar 3 dan 4 bertumt-turut menunjukkanhubungan hasil hitungan torsi putaran jangkar terhadapdaya dan efisiensi motor untuk cuplikan uji dengan mag-net permanen elastis P3ffi dan cuplikan uji dengan mag-net permanen kaku dati pasaran.

U ntuk menghasilkan torsi putaran jangkar motoryang betbeda diperlukan daya listrik masukan (pm) yangbetbeda pula. Dari Gambar 3 dan 4 diketahui bahwa torsiputaran motor yang meningkat meningkat mengakibatkanmeningkatnya arus atau masukan daya listrik. Untuk nilaihitungan torsi yang sama (0,03 Nm), cuplikan uji denganmagnet permanen elastis P3ffi membutuhkan masukandaya listrik sebesar 7,75 Watt. Bila digunakan magnet ujidati pasaran, daya listrik yang diperlukan adalah 8,45Watt.

0,00 1,00 2,GO J,OO 4,00 $,00 6,00

Tam x 100 [Nw)

Garnbar 4. Pengaruh torsi terhadap daya dan efisiensi motoruji dengan N=65 lilitan; b. cuplikan MTI-PIB65; b. cuplikanMTI-PAS65

jwnlah lilitan kumparan jangkar. Kedua motor uji memilikiefisiensi rata-rata dibawah 90 %. Hal ini disebabkankarena sebagian daya masukan motor hilang menjadipanas. Motor uji mempunyai efisiensi yang tinggi untuktorsi putaran motor yang rendahdan harganya menurundengan meningkatnya torsi. Dari kedua Gambar tersebutjuga diperoleh informasi bahwa dengan magnet yangsarna, efisiensi motor uji dapat ditingkatkan denganmemperbanyak jwnlah lilitan kumparan jangkar.

Dari Gambar 3 dan 4 diperoleh bahwa efisiensimotor uji bembah dengan pembahan medan magnet dan

100090.100

~ 70.I :;: 600i .500d 40.

300200100...

KESIMPULANa

000 100 200 300 400 500 600

Toni x 100 [Nml

Dari basil pengujian bahan magnet perrnanenmenggunakan motor arus searah berdaya rendah dapatdisimpulkan sebagai berikut :1. Magnet permanen elastis buatan P3 IB dapat

diaplikasikan untuk memutar motor arus searahberdaya rendah.

2. Untuk magnet uji yang sarna, efisiensi motor ujidapat ditingkatkan dengan memperbanyak jurnlahlilitan kumparan jangkar.

b

DAFTARPUSTAKA

[I). SUTRISNO dan TAN IK GIE, Fisiko Dasar, Listrik,Magnet dan Termofisika, Penerbit ITB, Bandung,(1983), hal. 79-88.

[2). S.L. UPPAL, Electrical Power, Kanna Publisher,Delhi, (I984),p.I334-I335,p. 166-167.Gambar 3. Pengaruh torsi terhadap daya clan efisiensi motor

uji dengan N;30 lilitana.cuplikan MTI-PIB30; b. cuplikan MTI-PAS30

85

Page 5: PADA MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH - digilib.batan.go.iddigilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1411-7630-2000-1-082.pdfpermanen banyak digunakan pada peralatan ukur listrik seperti alat

Prosiding Seminar Nasional Bahan Magnet ISerpong, 11 Oktober 2000 ISSN 1411 -7630

[3]. ABDUL KADIR, Mesin Arus Searah, Djambatan,Jakarta, (1980), hal.160-164.

[4]. ICHWAN HARIADI, Dasar-Dasar Teknik ListrikArus Searah, Erlangga, Jakarta, (1988), hal' 72-74.

Lampiran I

Tabel data basil pengukuran medan magnet cuplikan ujimenggunakan Gauss-meter

86

hasil pengukuran harnbatan listrik (R) kumparan