Post on 08-Apr-2018
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 1/36
PERANCANGAN MOTOR DC KOMPON ( SHUNT 60%)
I. DATA-DATA DARI MOTOR
1. Jenis motor : Motor DC Kompon Shunt Pendek (medan shunt 60%)
2. Daya motor (P) : 370 W = 0,37 kW
3. Putaran (n) : 1000 rpm4. Tegangan (Vs) : 36 V
II. PERANCANGAN MOTOR
Jenis motor dc kompon yang digunakan adalah kompon shunt pendek, sehingga rangkaian
pengganti dari motor adalah sebagai berikut:
Lse
Lsh Ea
IaI
sh
IseIL
VS
+ _
+
_
Gambar 1. Rangkaian pengganti motor dc kompon shunt pendek
Daya jangkar untuk motor dengan asumsi efisiensi (η ) = 0,95:
( ) xP P a
+=
η
η
3
12
W x x
x P a 5,376370
95,03
)195,02(=
+=
1. DIMENSI UTAMA
a. Diameter dan panjang jangkar
Kecepatan linier maksimal motor dc yang diijinkan Va = 30 m/s (Sawhney, 505)Diasumsikan Va = 6 m/s
Putaran motor dalam rps rpsn 667,1660
1000==
Diameter jangkar:
n DV a ..π =
mmmn
V D a 115115,0
667,16.
6
.====
π π
Dari gambar 9.19 (Sawhney,494) didapatkan nilai Bav = 0,15 wb/m2
dandari gambar 9.20 (Sawhney, 495) didapatkan nilai ac = 25000 A/m
3210...
−= ac BavCo π
1
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 2/36
001,3710.25000.15,0. 32 == −π Co
• Penentuan jumlah kutub (p) didasarkan pada tabel 9.4 (Sawhney, 505), yaitu dengan
mempertimbangkan kisar kutub (τ )<240:
p
D.π τ =
)240( 1802
115.mmτ mm ≤==
π τ
jadi jumlah kutub p = 2 adalah memenuhi syarat.
720640 ,- ,antaraψ (Sawhney,506) untuk perancangan motor ini diambil 7,0=ψ
Panjang jangkar τ ψ .= L
mmm L 126,0126180.7,0 ===
• Frekuensi fluksi:
2
pxn f =
Hz x
f 667,162
667,162 ==
• Panjang inti sebenarnya
( )[ ]
ventilasi panjang
ducttilasi jumlah ven
9,0
=
=
−=
d
d
d d
I
n
xI n L Li
( )[ ] mm x Li 104,001,01126,09,0 =−=
2. PERANCANGAN JANGKAR
2.1. Kumparan Jangkar
Tegangan terminal 36 V sehingga
A I L 28,1036
370
==arus yang diijinkan mengalir pada kumparan shunt 60% dari IL
L sh I I %.60=
A I sh 168,628,10.6,0 ==
sha L
se L
I I I
I I
+==
maka arus jangkar
A I I I sh La 112,4168,628,10 =−=−=
Tegangan jatuh pada kumparan jangkar berdasarkan grafik 9.45 (Sawhney,521)
2
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 3/36
rpmW rpmW
rpmkW xrpm P a
−=−=
−==43
10.03765,010.3765,0
5,3761000.3765,0
maka tegangan jatuhV V Ra 52,236%.7 ==
Tegangan induksi jangkar
tegangan jatuh pada sikat (es) dari bahan grafit atau arang sebesar 1 V maka
V
E a
48,31
)1(256,236
=−−=
a. Tipe belitan
Tipe belitan yang digunakan adalah belitan gelung tunggal karena sesuai untuk mesin-mesin
bertegangan rendah dan arus besar.
1 2 3 4
Y1
Y2Y
YC
Gambar 2.1.1. Lilitan Gelung Tunggal
Belitan gelung yang direncanakan adalah sebagai berikut:
• U = 1 sehingga S = k (jumlah alur = jumlah lamel)
• 2a = 2p = 2 atau a = p = 1 (pasang cabang jangkar = pasang kutub)
• jumlah kutub = jumlah sikat = jumlah cabang jangkar
Iz
Ia
Iz
Ia
Gambar 2.1.2. Diagram percabangan arus
A I a 112,4=
maka arus pada masing-masing cabang jangkar (Iz)
A I
I a
z 056,22
112,4
2===
3
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 4/36
b. Jumlah konduktor jangkar (Z)
Fluksi perkutub
WbWb x x
L Bav
310.4,30034,0126,018,015,0
..
−===
= τ φ
maka
n p
a E Z a
..
.
φ =
556667,16.2.10.4,3
2.48,313
== − Z
p = jumlah kutub ; a = jumlah cabang paralel
Jumlah total sisi kumparan Ss = 2 x 14 = 28
Jumlah konduktor per sisi kumparan (Zsk )
Tc
S
Z Z
s
sk
=≈==
=
2086,1928
556
sehingga Z = Zsk .Ss = 20.28 = 560 lilit
dan jumlah konduktor tiap alur Zs = Zsk .2 = 20.2 = 40 lilit
Amper konduktor tiap alur = Iz . Zs = 2,056.40 = 82,24 Ak
Dengan berubahnya jumlah konduktor (Z) maka akan mengubah nilai fluksi perkutub dan
diperoleh Bav dan ac yang baru.
Wb x
n p Z
a E 310.373,3667,16.2.560
248,31
..
. −===φ
23
/15,01487,0126,0.18,0
10.373,3
.mWb
L Bav ≈===
−
τ
φ
n L DCo P a ... 2=
rpsmkW n L D
P Co a −=== 3
22/556,13
667,16.126,0.115,0
3765,0
..
m A B
Coac
ac BCo
av
av
/950010.15,0.
556,13
10..
10...
3232
32
===
=
−−
−
π π
π
c. Jenis konduktor
Jenis konduktor yang digunakan tembaga dengan permukaan bulat berisolasi email. Kerapatan
arus (δ ) pada konduktor 2 s/d 6 A/mm2.
digunakan aδ = 2 A/mm2
Luas konduktor 2
028,12
056,2mm
I A
a
z ===δ
mm
x Ax
d 144,1
4028,14
=== π π
4
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 5/36
Konduktor yang digunakan jenis konduktor bulat (synthetic enamel) dengan diameter nominal
konduktor d = 1,12 mm, maka luas konduktor menjadi
222
985,04
12,1.
4
.mm
d A ===
π π
Kerapatan arus menjadi
diijinkan)yangrange pada beradaikarenanilasyarat(memenuhi/1,2985,0
056,2 2 δ δ mm A A
I z ===
2.2. Perancangan Alur
a. Jumlah alur (S)
Kisar alur (YS) standart untuk mesin dc adalah 25 s/d 35, sehingga jumlah alur:
S Y
DS
.π =
45,1425
115. s/d 10
35
115.==== π π
S S
diambil jumlah alur S = 14 alur
dan kisar alur menjadi mmY S 806,2514
115.==
π
b. Ukuran alur
Luas masing-masing alur
sf
xA Z a s
s =
sf = faktor permukaan = 0,4
25,984,0
985,040mm
xa s ==
Lebar alur (WS) dan dalam alur (dS).
Tiap alur terdiri dari Zs = 40 konduktor
sehingga letak konduktor dapat diatur menjadi, 8 konduktor pada bidang vertikal dan 5
konduktor pada bidang horisontal.
5
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 6/36
Lip
Wedge
Konduktor
Mika
Separator
WS
dS
Gambar 2.2.1. Alur Jangkar
WS
Gigi Alur
WtYS
Gambar 2.2.2. Alur dan gigi jangkar
• Lebar alur (WS)
Konduktor + isolasi (fine covering) : 5 x 1,19 = 5,95 mm
Isolator (mika) : 2 x 0,5 = 1 mm
spasi : 0,5 = 0,5 mm
Total = 7,45 mm
• Kedalaman alur (dS)
Konduktor + isolasi : 8 x 1,19 = 9,52 mm
Lip + wedge : 0,5 + 3 = 3,5 mm
separator : 1 = 1 mm
spasi : 0,5 = 0,5 mm
Total = 14,52 mm
6
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 7/36
c. Koreksi
Kerapatan fluksi pada daerah 1/3 bagian kedalaman/ketinggian gigi alur (bagian tersempit)
tidak boleh melebihi 2,1 Wb/m2
( )
−=
S
xds DY S
34.
31
π
( )mmm
DY S
3
31 10.462,21462,21
14
52,14.3
4−==
−=
π
Lebar gigi pada 1/3 bagian kedalaman gigi alur:
mmmW t
3
31 10.02 1,1 402 1,1 44 5,74 62,21
−==−=
Kerapatan fluksi pada 1/3 kedalaman:
31
31
....
t i
t W LS
p Bψ
φ =
syarat)(memenuhi/2,1
/472,010.012,14.104,0.14.7,0
10.373,3.2
2
31
2
3
3
31
mWb B
mWb B
t
t
<
==−
−
d. Celah udara
Gaya gerak magnit (ggm) per kutub (ATa)
At p
Z I AT a
a68,575
4
560.112,4
.2
.===
ggm pada celah udara adalah 0,5 s/d 0,7 x ggm jangkar
ditentukan At AT g 976,40268,575.7,0 ==
Jarak celah udara yang diijinkan antara 0,01 s/d 0,015 dari kisar kutub, sehingga jarak celah
udara antara 1,8 mm s/d 2,7 mm.
Diasumsikan faktor kontraksi celah udara K g = 1,15
maka jarak celah udara (lg) :
)..800000( Bg Kg
At l g
g =
( )syarat)(memenuhi1,210.1,2
21,0.15,1.800000
976,402 3 mmml g === −
Kerapatan fluksi maksimum pada celah udara
2/21,0
7,0
15,0 mWb
Bav Bg
==
=ψ
7
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 8/36
2.3. Inti Jangkar
Fluksi inti jangkar
Wb
c
33
10.69,12
10.373,3
2
−−
==
=φ
φ
Dengan membatasi kerapatan fluksi pada inti jangkar tidak lebih dari 1,25 Wb/m2, maka:
a. Luas inti jangkar (Ac)
233-
10.41,12,1
1,69.10
2,1
m
A cc
−==
=φ
b. Tinggi inti jangkar (dc)
m
L
Ad
i
c
c
0135,0104,0
1,41.10
3-
==
=
c. Tebal inti jangkar = dc
Tebal inti jangkar yang dipakai dc = 14 mm
Sehingga luas penampang inti jangkar (Ac):
md L A cic
310.46,1014,0.104,0.−===
Kerapatan fluksi pada inti (Bc):
2
3
3-
/16,110.46,1
1,69.10 mWb
A B
c
cc
==
=
−
φ
d. Diamater dalam inti jangkar (Di)
mmm
d d D D cS i
58058,0)014,001452,0(2115,0
)(2
==+−=+−=
2.4. Komutator
a. Jumlah lamel (k)
Karena U = 1 maka jumlah lamel sama dengan jumlah alur k = S = 14
• Diameter komutator (Dc) (Sawhney,568) umumnya antara 0,6 s/d 0,8 dari diameter
jangkar, karena tegangan dari motor rendah maka digunakan 0,8xD
Dc = 0,8 x 0,115 = 0,092 m = 92 mm
8
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 9/36
Kisar segmen komutator mmk
Dc
c 2114
92..===
π π β
2.5. Perancangan Belitan Jangkar
Belitan yang digunakan adalah belitan gelung tunggal dengan:u = 1
S = k = C = 14
2a = 2p = 4 atau a = p = 1
Yc = 1
Kisar alur
p
S Y S
2≤
2
14≤S Y
7≤S Y
ditetapkan YS = 6 sehingga:
Y1 = 2.u.YS + 1 = 2.1.6 + 1 = 13
Y2 = 2 Yc – Y1 = -11
Daftar Lilitan
Lamel Sisi-sisi kumparan Lamel
1 1 – 14 2
2 3 – 16 33 5 – 18 4
4 7 – 20 5
5 9 – 22 6
6 11 – 24 7
7 13 – 26 8
8 15 – 28 9
9 17 – 2 10
10 19 – 4 11
11 21- 6 12
12 23 – 8 1313 25 – 10 14
14 27 – 12
3. PERANCANGAN SISTEM MEDAN
3.1 Bagian Kutub
Koefisien kebocoran fluksi di kutub utama (Ci) diasumsikan 1,15
maka fluksi pada bodi kutub ( ) pφ
Wb
C i p
33 10.88,310.373,3.15,1
.
−−==
= φ φ
9
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 10/36
Kerapatan fluksi pada bodi kutub diasumsikan1,5Wb/m2, maka luas bodi (A p):
233-
10.59,21,5
3,88.10
5,1
m
Ap
p
−==
=φ
Panjang aksial bodi kutub sama dengan panjang inti jangkar L p = L = 0,126 m.
Bila tanpa ventilasi, maka panjang inti bodi kutub (L pi):
m L pi 1134,0126,0.9,0 ==
Lebar bodi kutub(b p):
mmmm
L
Ab
pi
p
p
238,220228,01134,0
2,59.10
3-
≈===
=
3.2. Kumparan Medan
a. Pada beban penuh ggm medan shunt (ATflsh)
ATflsh = 60%.ATa
= 0,6.575,68 = 345,41 At
b. ggm medan seri (ATflse)
ATflse = 40%.ATa= 0,4.575,68 = 230,27 At
Berdasarkan tabel 9.8 (Sawhney,541) nilai kedalaman kumparan penguat pada D = 0,115 m
adalah df = 27,17 mm.
Diasumsikan faktor permukaan Sf = 0,4 dan rugi yang dilepaskan 700 W/m2 (Sawhney,541),
maka ggm per meter kumparan penguat
m At
S d losses f f
/10.58,274,0.10.17,27.70010
..10
334
4
==
=
−
c. Tinggi kumparan medan (hf ):
mmmm
AT AT AT h
flse flsh fl
f
2187,2010.58,27
230,27345,41
10.58,2710.58,27
3
33
≈=+
=
+== −
d. Tinggi kutub
Tinggi sepatu kutub adalah 0,1 s/d 0,2 dari tinggi kutub (Sawhney,541), diasumsikan tinggi
sepatu kutub 10 mm
Tinggi isolasi adalah 0,1 s/d 0,15τ := 0,15 x 0,18 = 0,027 = 27 mm
Total tinggi kutub (hpi)
10
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 11/36
h pi = 21 + 27 + 10 = 58 mm
Koreksi hS = 10/58 = 0,17 (memenuhi syarat => 0,1 s/d 0,2)
h pi
hf
h ps
b pdf
Wk
Gambar. 3.2.1. Kutub dan kumparan medan
3.3. Yoke
Fluksi pada yoke ( yφ ) adalah 0,5 kali fluksi utama:
Wb y
33
10.687,12
10.373,3 −−
=φ
Kerapatan fluksi maksimum pada yoke (By) diasumsikan 1,5 Wb/m2, maka luas yoke:
233-10.125,1
5,11,687.10 m
B A
y
y
y
−==
=φ
kedalaman yoke:
m
L
Ad
pi
y
y
33-
10.92,91134,0
1,125.10 −==
=
diambil tebal yoke = 0,01m = 10 mm
Sehingga diameter luar yoke (Dy):
Dy = D + 2 (lg + h pi + dy)
= 0,115 + 2 (2,1.10-3 + 58.10-3 + 9,92.10-3) = 0,225 m
3.4. Rangkaian magnetik
a. Ggm celah udara (ATG)
2/21,07,0
15,0 mWb
B B av g
==
=ψ
Rasio 55,31,245,7 ==
g
s
LW
11
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 12/36
Dari kurva 4.9 (Sawhney,124) untuk open slot didapatkan koefisien carter (K CS) = 0,42 maka
faktor kontraksi untuk celah udara (K GS):
138,145,7420825
825
==
−=
x ,- ,
,
xW K Y
Y K
sCS S
S GS
21,2
2,4
celah
==
== g
d
l
W
panjang
duct lebar Rasio
Maka faktor kontraksi untuk duct (K Gd):
1)2,4130126
126
==
−=
x x ,-(
xW xn K L
L K
d d Cd
Gd
Faktor kontraksi celah udara (K G):
138,11138,1 ==
=
x
xK K K Gd GS G
Ggm untuk celah udara (ATg) = 402,976 At
b. Ggm untuk celah udara (ATt)
Kerapatan fluksi pada 1/3 bagian (3
1t B ) = 0,472 Wb/m2
856,110.012,14.104,0
10.462,211260
3
3
31
31
==
=
−
− x ,
xW L
LxY K
t i
S
s
Berdasarkan kurva 4.21 (Sawhney,141) didapatkan att = 21000 A/m
jadi ggm untuk gigi (ATt):
At
xd at AT S t t
92,3042.1021000x14,5 3- ===
c. Ggm pada inti (ATc)
Kerapatan fluksi pada inti Bc = 1,16 Wb/m2
atc = 300 A/m
Panjang inti yang dilewati fluksi lc:
m ,.
) , x , x- ,π( p
d xd Dl
-
cS c
057022
01401052421150
2
)2(
3
=−
=
−−=π
12
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 13/36
maka: At x
xl at AT ccc
17057,0300 ===
d. Ggm pada kutub (ATp)
Kerapatan fluksi pada kutub B p =1,5Wb/m2 dan at p = 1000 A/m
sehingga AT p = at p x h pi
= 1000 x 0,058 =58 At
e. Ggm pada yoke (ATy)
Kerapatan fluksi pada yoke By = 1,5 Wb/m2 dan aty = 2000 A/m
Panjang yoke yang dilewati yoke (ly)
m
p
d Dl
y y
y
192,0
2.2
)10.92,9255,0(
2
)(
3
=−
=
−=
−π
π
maka: At x AT y 384192,02000 ==
f. Total ggm medan tanpa beban (ATft)
At
AT AT AT AT AT AT y pct g ft
896,1166384581792,304976,402 =++++=
++++=
g. Total ggm medan beban penuh (ATflt)
Diasumsikan ggm saat beban penuh adalah 1,15 x gg tanpa beban:
At x AT flt 93,1341896,116615,1 ==
dy
h pi
lgd
Sd
c
Dy
D
Gambar. 3.4.1. Rangkaian magnetik
3.5. Perancangan belitan medan
a. Tegangan pada belitan medan
20% tegangan yang melintasi belitan medan shunt digunakan untuk mengontrol kecepatan,
sehingga nilai tegangan yang melintasi belitan medan shunt (Efsh):
13
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 14/36
V x
p
xV V E s s fsh
4,142
)362,0(36
)2,0(
=−=
−=
sedangkan nilai tegangan yang melewati belitan medan seri (Efse):
V
p
V E V E sikat a s
fse
26,12
)1.248,31(36
)(
=+−
=
+−=
b. Panjang rata-rata lilitan (Lmi)
Lmi = 2(L p + b p + 2.df )
= 2(126 + 23 + 2.27,17) = 406,68 mm = 0,40668 m ≈ 0,41 m
c. Rugi daya pada belitan medan (Qf ) dan ggm belitan medan (ATfl)
Belitan medan shunt
Luas konduktor (afsh):
2207,04,14
41,0.021,0.41,345
..
mm
E
L AT a
fsh
mi flsh
fsh
==
=ρ
maka nilai diameter konduktor
mm x
xad
f
sh
513,0207,04
4
==
=
π
π
digunakan dsh = 0,5 mm dengan isolasi fine covering d1sh = 0,551 mm
sehingga 26222
1 10.238,0238,04
551,0.
4
.mmm
d a fsh
−
====
π π
Faktor permukaan (Sfsh):
83,0551,0
513,075,0
75,0
2
2
1
=
=
=
sh
fshd
d S
Jumlah lilitan (Tfsh):
lilit x x
a
d hS T
fsh
f f fsh
fsh
9959,99410.238,0
10.17,2710.5,1083,0
..
6
33
≈==
=
−
−−
14
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 15/36
Resistansi lilitan (R fsh):
Ω≈==
=
3699,35238,0
41,0021,0995
..
x x
a
LT R
fsh
mi fsh
fsh
ρ
Arus medan (Ifsh):
A
R
E I
fsh
fsh
fsh
4,036
4,14 ==
=
Ggm medan (ATflsh):
ATflsh = Ifsh x Tfsh = 0,4 x 995 = 398 At
Rugi daya pada belitan (Qfsh):Qfsh = (Ifsh)
2.R fsh
= 0,42.36 = 5,76 W
Belitan medan seri
Luas konduktor (afse):
257,126,1
41,0.021,0.230
..
mm
E
L AT a
fse
mi flse
fse
==
=ρ
maka nilai diameter konduktor
mm x
xad
fse
se
414,157,14
4
==
=
π
π
digunakan dse = 1,4 mm dengan isolasi fine covering d1se = 1,48 mm
sehingga 26222
1 10.72,172,14
48,1.
4
.mmm
d a fse
−
====π π
Faktor permukaan (Sfsh):
67,048,1
4,175,0
75,0
2
2
1
=
=
=
se
fsed
d S
Jumlah lilitan (Tfsh):
15
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 16/36
lilit x x
a
d hS T
fse
f f fse
fse
1113,11110.72,1
10.17,2710.5,1067,0
..
6
33
≈==
=
−
−−
Resistansi lilitan (R fse):
Ω==
=
56,072,1
41,0021,0111
..
x x
a
LT R
fse
mi fse
fse
ρ
Arus medan (Ifse):
A
R
E I
fse
fse
fse
27,2
56,0
26,1 ==
=
Ggm medan (Aflse):
ATflse = Ifse x Tfse = 2,27 x 111 = 251,71 At
Rugi daya pada belitan (Qfse):
Qfse = (Ifse)2.R fse
= 2,272.0,56 = 2,886 W
Rugi daya total pada belitan medan (Qf ):
Qf = Qfsh + Qfse
= 5,76 + 2,886 = 8,646 W
Ggm total pada belitan medan (ATfl):
ATfl = ATflsh + ATflse
= 398 + 251,71 = 649,71 At
d. Kenaikan suhu (θ ):
Permukaan pendinginan (Sc):
Sc = 2 x Lmi (df + hf )
= 2 x 0,41 (27,17.10-3 + 21.10-3) = 0,0395 m2
Berdasarkan tabel 3.6 (Sawhney,111), maka koefisien pendinginanyang digunakan C:
0313,061,01
05,0
1,01
05,0 === x x xV x
C a
maka kenaikan suhu (θ ):
C
S
C Q
c
f
85,60395,0
138,646x0,03
.
==
=θ
4. PERANCANGAN KOMUTATOR
16
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 17/36
a. Diameter komutator (Dc): 0,092 m = 92 mm
b. Lamel
Jumlah lamel (k = C): 14 lamel
Lebar lamel: β c + lebar mika = 21mm
Kecepatan linier komutator (Vc):
Vc = π x Dc x n
= π x 0,092 x 16,667 = 4,817 m/s ≈ 4,82 m/s
c. Sikat
Jenis sikat yang digunakan adalah electrographitic dengan kerapatan arus (δ a) sama dengan
100.10-3, dimana arus pada masing-masing sikat tidak diijinkan lebih dari 70 A.
Jumlah sikat yang digunakan adalah 2 buah
Ia = 4,112 A jadi arus pada masing-masing sikat I b = Ia/p = 4,112 A
Luas sikat agar didapatkan panjang sikat yang sesuai diambil I b = 50 A (diperbolehkan karena I b< 70 A
262
310.500500
10.100
50 mmm
I a
b
bb
−−
===
=δ
C β
t b
Gambar 4.1. Sikat dan lamel
Ketebalan sikat (t b) = β c = 21 mm
Lebar tiap sikat (W b)
mm
t
aW
b
b
b
2421
500 ==
=
d. Panjang komutator
1 mm untuk clearance (C b) 2mm untuk staggering (C1) dan 2 mm end play (C2) sehingga panjang
komutator (Lc):Lc = W b + C b + C1 + C2
= 24 + 1 + 2 + 2 = 29 mm
17
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 18/36
Panjang komutator dengan menggunakan riser, dimana panjang jarak / spasi untuk riser jadi
panjang komutator secara keseluruhan (Lci):
Lci = 29 + 5 = 34 mm
e. Rugi daya pada komutator
Drop tegangan pada sikat sebesar 1 V, maka rugi daya kontak sikat (P be):
P be = a x ∆ V x Ia
= 1 x 4,112 = 4,112 W
Tekanan pada sikat 18 kN/m2
Koefisien gesek (µ ) = 0,1
Rugi daya sikat (P be) = 4,112 W
maka rugi daya akibat gesekan pada sikat (P bf )
P bf = µ x tekanan pd sikat x a b x Vc
= 0,1 x 18.10-3 x 500.10-6 x 4,82 = 4,338 W
Total rugi daya pada komutator:
= P be + P bf = 4,112 + 4,338 = 8,45 W
Laras permukaan komutator = π x Dc x Lc
= π x 0,092 x 29.10-3 = 8,38.10-3 m2
f. Kenaikan temperatur pada komutator (θ )
Berdasarkan tabel 3.6 koefisien pendinginan untuk komutator digunakan:
0135,0
)86,4.1,0(1
02,0 =
+
=C
maka:total permukaanluas
C losses
.Σ=θ
C
L D
C losses
cc
8,6029,0.092,0..2
0135,0.45,8
...2
.
==
Σ=
π
π
5. PERANCANGAN INTERPOLE
Lebar daerah komutasi (WC)
mm x x
D
D xt x
p
auW
c
bcC
125,1392
1152121
2
2
2
1
2
=
+
−=
+
−= β
Panjang celah udara di bawah interpole biasanya 1 s/d 2 kali panjang celah udara di bawah
kutub utama, dimana untuk motor panjang celah udara di bawah interpole (lgi) diasumsikan 1,2kali panjang celah udara di bawah kutub utama, sehingga:
18
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 19/36
lgi = 1,2 x lg
= 1,2 x 2,1 = 2,52 mm
Spesifik slot permeance λ s = 1,37.10-6 (Sawhney,585)
Lebar interpole harus 1,5 kali atau lebih dari kisar alur, sehingga lebar interpole (W ip):
Wip = 1,5 x YS
= 1,5 x 25,8 = 25,8 mm
maka spesific permeance gigi bagian atas (λ t):
67
10.22,352,26
8,2510..4
6
−
−
==
=
x
x
xl
xW
gi
ipo
t
π
µ λ
Panjang outhang:
Outhang lo = 0,3τ + 0,0125 dS
= 0,3.0,18 + 0,0125.14,52.10-3
= 0,054 m
Panjang outhang satu sisi kumparan (Lo):
m
l Loo
105,0054,02
0,18
2
2
2
2
2
=+
=
+
=τ
Keliling satu sisi kumparan (bo):
bo = 2 x 12 = 24 mm
Permeance spesific overhang (λ o):
66
6
10.18,010.07,0024,0
105,0log23,0
0,126
0,105
10.07,0log23,0
−−
−
=
+=
+=
x
b
L x
L
L
o
oo
oλ
Total spesific permeance (λ ):
λ = λ s + λ t + λ o
= 1,37.10-6
+ 3,22.10-6
+ 0,18.10-6
= 4,77.10-6
Waktu komutasi (τ c):
ms
x
V
t x p
au
c
bc
c
178,228,4
21212
2
2
1
2
=
+
−
=
+
−
=
β
τ
Tegangan reaktansi rata-rata (Er av):
19
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 20/36
V
Z I LT Er
c
s z cav
9,010.36,4
40.056,2.126,0.10.77,4.20.4
.....4
3
6
==
=
−
−
τ
λ
Kerapatan fluksi maksimal di bawah interpole (Bgim):dengan Er m = 1,2 V
2/587,10,126.6
1,2
.
mWb
V L
Er B
a
m
gim
==
=
Faktor kontraksi celah udara untuk interpole (k gi) lebih kecil dibandingkan faktor kontraksi
celah udara di bawah kutub (k g), yaitu 1
maka ggm celah udara di bawah interpole (ATgi):
At
l k B AT gi gi gim gi
28,318510.52,2.1.58,1.800000
...800000
3==
=
−
Ggm jangkar per kutub (ATa):
At
p
Z I AT a
a
68,5754
560.112,4
2
.
==
=
Ggm total pada interpole (ATi):
ATi = ATgi + ATa
= 3185,28 + 575,68 = 3760,96 At
Jumlah lilitan masing-masing interpole (Ti):
lilit
I
AT T
a
i
i
9146,914112,4
96,3760 ≈==
=
Kerapatan arus pada interpole antara 2,5 s/d 4 A/mm2, ditentukan δ = 3 A/mm2. Sehingga
luas konduktor untuk lilitan interpole (ai):
24,1
3
112,4 mm
I a a
i
==
=δ
Berdasarkan tabel 17.2 maka digunakan konduktor dengan luas 1,75 mm2 dengan dimensi
1,4x1,4 mm.
6. RUGI-RUGI DAN EFISIENSI
6.1. Rugi Gesekan dan Angin (Pga)
20
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 21/36
Berdasarkan tabel 9.11 rugi gesekan pada bearing dan rugi angin adalah 0,25% dari daya
keluaran, sehingga
= 0,25% x 370 = 0,925 W
jadi total rugi daya akibat gesekan dan angin (Pga)
Pga = P bf + 0,925
= 4,338 + 0,925 = 5,263 W
6.2. Rugi Besi
a. Rugi besi pada gigi (Pc)
Lebar rata-rata gigi =( )
S S xW
S
d D −.π
= mmm x 333
10.1,150151,010.45,714
)10.52,14115,0.( −−−
==−π
Berat gigi jangkar = S x L x lebar rata2 gigi x dS x 7800
= 14 x 0,126 x 0,0151 x 14,52.10-3 x 7800 = 3 kg
Rugi besi spesifik pada gigi dengan tebal laminasi t = 0,35 mm dan Bm=Bt1/3 = 0,472 Wb/m2
= (0,06.f.Bm2) + (0,008.f 2.Bm
2.t2)
= (0,06.16,667.0,4722) + (0,008.16,6672.0,4722.0,352) = 0,28 W/kg
Jadi rugi besi pada gigi = 3 x 0,28 = 0,842 W
b. Rugi besi pada inti jangkar
Berat inti jangkar = π .(D-2.dS-dc).Li.dc.7800
= π .(0,115-2.14,52.10-3-0,0135).0,104.0,0135.7800 = 2,49 kg
Rugi besi spesifik pada inti
= (0,06.f.Bm2) + (0,005.f 2.Bm
2.t2)
= (0,06.16,667.0,4722) + (0,005.16,6672.0,4722.0,352) = 0,26 W/kg
Jadi rugi besi pada inti jangkar = 2,49 x 0,26 = 0,65 W
maka rugi besi total (Pc):
Pc = 1,2 .1,492 = 1,8 W
6.3. Rugi Tembaga (Pcu)
a. Rugi tembaga jangkar
Panjang rata-rata lilitan jangkar = 2L + 2,3τ + 5dS
= (2.0,126) + (2,3.0,18) + (5.14,52.10-3) = 0,74 m
Tahanan jangkar (R a):
C75 pada 1,1985,0.2
74,0.021,0
2
560
.
.
2
2
2
Ω==
=
x
Aa
L x
Z R mi
a
ρ
21
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 22/36
Jadi rugi tembaga jangkar = Ia2.R a = 4,1122.1,1 = 18,67 W
b. Rugi tembaga belitan medan
Belitan medan shunt
Ifsh2.R fsh = 0,42 x 36 = 5,76 W
Belitan medan seri
Ifse2.R fse = 2,272 x 0,56 = 2,886 W
c. Rugi tembaga pada belitan interpole
Panjang rata-rata lilitan interpole = 2.(Lo + bo)
= 2.(0,105 + 0,024) = 0,258 m
Resistansi belitan interpole (R i)
Ω==
=
66,575,1
258,0021,09142
... 2
x x x
a
rata panjang T p R
i
ii
ρ
Jadi rugi tembaga pada belitan interpole Ia2.R i = 4,1122.5,66 = 95,69 W
Total rugi2 tembaga
Pcu = 18,67 + 5,76 + 2,886 + 95,69 = 123,006 W
6.4. Rugi Kontak Sikat (Pbe)
P be = 4,112
Total rugi2 pada motor
Rugi kontak sikat = 4,112 W
Rugi gesekan dan angin = 5,263 W
Rugi tembaga = 123,006 W
Rugi besi = 1,8 W
Total = 134,181 W
Daya input motor
Pin = Pout + Σ Prugi
= 370 + 134,181 = 504,181 W
Efisiensi pada beban penuh
%4,73734,0%100504,181
370
%100
===
=
x
x P
P
in
out
FLη
22
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 23/36
7. KENAIKAN TEMPERATUR JANGKAR
Berdasarkan tabel 3.6 (Sawhney,111) maka:
a. Permukaan silindris bagian luar
Luas = π x D x L= π x 0,115 x 0,126 = 0,0455 m2
Koefisien pendinginan:
0313,061,01
05,0
1,01
05,0
=+=
+=
x
xV a
Rugi daya yang dilepaskan:
C W
456,1
0313,0
0455,0==
b. Permukaan silinder bagian dalam
Luas = π x Di x L
= π x 0,058 x 0,126 = 0,023 m2
Kecepatan linier pada diameter dalam:
sm x x
xn xDV iai
/037,3667,16058,0 ===π
π
Koefisien pendinginan:
023,0037,31,01
03,0
1,01
03,0
=+
=
+=
x
xV ai
Rugi daya yang dilepaskan:1
023,0
023,0 ==
c. Permukaan pada ventilasi duct & dua ujungnya:
( )
( ) 222
22
0232,0058,0115,04
3
43
m x x
D D x x Luas i
=−=
−=
π
π
Kecepatan udara di dalam duct adalah 10% dari kecepatan linier jangkar, sehingga:
= 0,1 x 6 = 0,6 m/s
Koefisien pendinginan:
23
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 24/36
167,06,0
1,01,0===
V
Rugi daya yang dilepaskan:
C W
139,0
167,0
0232,0==
Jadi rugi daya yang dilepaskan = 1,456 + 1 + 0,139 = 2,6 W/°C
d. Total rugi-rugi yang dilepaskan:
= Rugi tembaga pd bagian yang aktif + Rugi besi
W x
x
L
xL x
lilit rata
16,88,174,0
126,0267,18
8,12
67,182
=+=
+=
Jadi kenaikan temperatur jangkar C 14,3
6,2
16,8=
III.DESIGN SHEET
Jenis : Motor DC kompon shunt pendek
Tegangan : 36 V
Daya : 370 W
Kecepatan : 1000 rpm
1. Dimensi Utama
No. Parameter simbol Nilai
1. Daya keluaran P 370 W
2. Daya jangkar Pa 376,5 W
3. Diameter jangkar D 0,115 m
4. Diameter dalam jangkar Di 58 mm
5. Kecepatan putar n 16,667 rps
6. Kecepatan linier jangkar Va 6 m/s
7. Koefisien keluaran Co
rpsmkW 3556,13
8. Kerapatan fluksi rata-rata Bav 0,15 Wb/m2
9. Konduktor arus spesifik ac 9500 A/m
10 Panjang inti rotor L 0,126 m
11 Jumlah kutub p 2 buah
12 Frekuensi arus rotor f 16,667 Hz
13 Kisar kutub τ 0,18 m
14 Busur kutub b 18,06 mm
15 Jumlah ventilasi (duct) nd 1 buah
17 Lebar ventilasi (duct) Wd 4,2 mm
24
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 25/36
18 Panjang inti besi sesungguhnya Li 0,104 m
2. Kumparan jangkar
No. Parameter Symbol Nilai
1. Tegangan jatuh VRa 2,52 V
2. Tegangan induksi jangkar Ea 31,48 V
3. Kerapatan fluksi celah udara Bg 0,21 Wb/m2
4. Rasio busur kutub / kisar kutub 0,7
5. Fluksi perkutub φ 3,373.10-3 Wb
6. Arus jangkar Ia 4,112 A
7. Jenis kumparan Gelung tunggal
8. Jumlah cabang a 2
9. Jumlah konduktor jangkar Z 560
10. Jumlah alur S 14
11. Jumlah konduktor tiap alur Zs 40
12. Jumlah sisi kumparan per alur u 1
13. Lilitan tiap kumparan Tc 20
14 Jumlah kumparan C 14
15. Jumlah sisi kumparan SS 28
16 Kisar depan Y1 1317. Kisar belakang Y2 -11
18. Kisar alur YS 25,8 mm
19. Luas penampang konduktor as 98,5 mm2
20. Tinggi alur ds 14,52 mm
21. Lebar alur WS 7,45 mm
22. Panjang lilitan rata-rata Lmi 0,74 m
23. Resistansi jangkar R a 1,1 Ω
24. Tegangan jatuh jangkar IaR a 4,52 V
25 Rugi tembaga jangkar Pcu 18,67 W
3. Komutator
25
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 26/36
No. Parameter Symbol Nilai
Diameter komutator Dc 0,092
Jumlah segmen komutator C 14
Kisar segmen komutator ßc 21 mm
Kecepatan linier komutator Vc 4,82 m/s
Jenis sikat Electrographitic
Rapat arus pada sikat δa 100.10-3 A/mm2
Arus tiap lengan sikat I b 4,112 A
Jumlah sikat tiap lengan n b 1
Luas tiap sikat a b 500 mm2
Ketebalan tiap sikat t b 21 mm
Lebar tiap sikat w b 24 mm
Tinggi tiap sikat h b 28 mm
Lebar lamel C β 21 mm
Panjang efektif komutator Lc 29 mm
Panjang total komutator Lci 34 mm
Rugi kontak sikat P bc 4,112 W
Rugi gesekan sikat P br 4,338 W
Kenaikan suhu Ө 6,8°C
4. Rangkaian magnetik
No. Parameter Symbol Nilai
1. Ggm jangkar perkutub ATa 575,68 At
2. Ggm kumparan medan beban penuh ATfl 575,68 At
3. Tinggi kutub h pi 58 mm
4. Kerapatan fluksi celah udara Bg 0,21 Wb/m2
5. Panjang celah udara lg 2,1 mm
6. Faktor kontraksi celah udara K g 1,5
26
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 27/36
7. Ggm celah udara ATg 402,976 At
9. Tinggi gigi alur dS 14,52 mm
10. Kerapatan fluksi pada ⅓ tinggi alur Bt ⅓ 0,472 Wb/m2
11. Ggm pada gigi alur ATt 304,92 At
12 Ketebalan inti dc 0,014 m
13. Luas penampang inti Ac 1,41.10-3
m2
14 Kerapatan fluksi pada inti Bc 1,16 Wb/m2
15. Ggm pada inti ATc 17 At
16. Luas kutub A p
17. Lebar kutub b p 23 mm
18. Panjang kutub L p 126 mm
19. Tinggi sepatu kutub h ps 10 mm
20. Lebar sepatu kutub Wk 42 mm
21. Kerapatan fluksi pada kutub B p 1,5 Wb/m2
22. Ggm pada kutub AT p 58 At23. Diameter luar yoke Dy 255 mm
24. Kedalaman yoke dy 9,92 mm
25. Panjang yoke Ly 192 mm
26. Luas penampang yoke Ay 1,125.10-3 m2
27. Kerapatan fluksi pada yoke By 1,5 Wb/m2
28. Ggm yang diperlukan yoke ATy 384 At
29. Ggm total tanpa beban ATft 1166,896 At
30 Ggm total beban penuh ATflt 1341,93 At
5. Kumparan medan utama
No. Paramaeter Symbol Nilai
1. Ggm yang diperlukan ATfl 649,71 At
2. Jumlah lilitan medan:
- medan shunt
- medan seri
Tf lshunt
Tfl seri
995 lilit
111 lilit3. Luas penampang konduktor :
- belitan shunt
- belitan seri
af shunt
af seri0,238 mm2
1,72 mm2
4. Diameter konduktor tanpa isolasi :
- shunt
- seri
d shunt
dseri0,5 mm
1,4 mm
5. Diameter konduktor dengan isolasi :
- shunt
- seri
di shunt
di seri 0,551 mm
1,48 mm
27
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 28/36
6. Kedalaman belitan df 27,17 mm
7. Tinggi belitan medan hf 21 mm
8. Resistansi tiap kumparan :
- shunt
- seri
R f shunt
R f seri
36 Ω
0,56 Ω9. Arus medan
- shunt
- seri
If shunt
If seri0,4 A
2,27 A
10. Ggm yang dihasilkan :
- shunt
- seri
ATfl shunt
ATfl seri398 At
251,71 At
11. Rugi daya tiap kumparan :
- shunt- seri
Qf shunt
Qf seri 5,76 W2,886 W
12. Pendinginan kumparan perkumparan Sc 0,0395 m2
13. Kenaikan suhu : Ө 6,85°C
14. Tinggi sepatu kutub t ps 10 mm
6. Interpole
No. Parameter Symbol Nilai
Lebar daerah komutasi Wc 13,125 mm
Panjang celah udara interpole lgi 2,52 mm
Lebar interpole Wip 28,38 mm
Panjang interpole Lip 126 mm
Tinggi interpole hip 58,042 mm
Kerapatan fluksi di bawah interpole Bgim 1,587 Wb/m2
Ggm interpole ATi 3473,12 At
Jumlah lilitan interpole Ti 845 lilit
Dimensi konduktor 1,4 x 1,4 mmLuas konduktor ai 1,75 mm2
Resistansi belitan R i 5,23 ΩRugi daya 88,47 W
7. Rugi-rugi
No. Parameter Symbol Nilai
1. Rugi tembaga jangkar Pcu 18,67 W
2. Rugi tembaga medan:
- shunt
- seri
Pcu shunt
Pcu seri
5,76 W
2,886 W
28
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 29/36
3. Rugi besi total Pc 1,8 W
4. Rugi gesekan dan angina Pga 5,263 W
5. Rugi kontak sikat P bc 4,112 W
6. Total rugi-rugi 126,96
7. Efisiensi beban penuh η 0,745
8. Kenaikan suhu jangkar Ө 3,138°C
IV. GAMBAR BAGIAN-BAGIAN DARI MOTOR DC KOMPON
1. Gambar Lilitan Gelung Tunggal Berkutub Dua dan Bagan Arus
29
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 30/36
2. Gambar Bentuk Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping
30
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 31/36
Keterangan gambar:
1.Poros Motor.
2.Lubang pengait.
3.Kutub utama.
4.Kumparan kutub utama.
5.Kumparan Interpole.
6.Inti Interpole.
7.Penutup terminal.
8.Blok bagian bawah.
9.Terminal pentanahan.
10. Landasan Motor.
11. Sekrup pengikat landasan.
12. Pelat penutup.
13. Sekrup pengikat penutup.
14. Pelat penutup dengan ventilasi udara.
15. Sekrup pengikat tutup motor.
31
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 32/36
3. Gambar Jangkar Dilenglapi Komutator dan Sikat Tampak Depan
32
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 33/36
4. Gambar Beberapa Bagian Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping
33
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 34/36
5. Gambar Detail Alur Jangkar/Rotor
Gigi Alur
25,8 mm
7,45 mm
18,45 mm
34
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 35/36
14,52 mm
1 mm
7,45 mm
3 mm
0,5 mm
0,5 mm
Lip
Wedge
Konduktor
Mika
Separator
6. Gambar Detail Komutator dan Sikat
35
8/6/2019 Perancangan Motor Dc Kompon Shunt Pendek
http://slidepdf.com/reader/full/perancangan-motor-dc-kompon-shunt-pendek 36/36
7. Gambar Detail Kutub Utama dan Interpole