perancangan motor dc kompon shunt pendek

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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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


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


23



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



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




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


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



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



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


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


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



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



2. Gambar Bentuk Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping

30



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



3. Gambar Jangkar Dilenglapi Komutator dan Sikat Tampak Depan

32



4. Gambar Beberapa Bagian Motor DC Kompon Tampak Depan dan Samping

33



5. Gambar Detail Alur Jangkar/Rotor

Gigi Alur

25,8 mm

7,45 mm

18,45 mm

34



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



7. Gambar Detail Kutub Utama dan Interpole

perancangan motor dc kompon shunt pendek

Documents