Prinsip kerja dan jenis-jenis motor DC

Kelaspinter.com – Motor arus searah (motor dc) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor dc telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang disebut Ac Shunt Motor.

Motor arus searah (DC) adalah jenis mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC menggunakan daya listrik arus searah atau DC, dan mengubah energi ini menjadi rotasi mekanis.

Motor DC menggunakan medan magnet yang terjadi dari arus listrik yang dihasilkan, yang menggerakkan pergerakan rotor yang dipasang di dalam poros keluaran. Torsi dan kecepatan keluaran tergantung pada masukan listrik dan desain motor.

Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.

#Klasifikasi dan jenis-jenis Motor DC

Motor DC dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori yang berbeda: Motor DC tereksitasi terpisah dan motor DC tereksitasi sendiri. Pada motor DC eksitasi terpisah, belitan jangkar dan belitan medan masing-masing memiliki catu daya DC terpisah, sedangkan pada motor DC eksitasi sendiri, kedua belitan berbagi satu catu daya DC.

Motor DC self-excited juga dapat dikategorikan menjadi motor shunt, motor seri, dan motor kompon tergantung pada cara kedua belitan dihubungkan ke catu daya DC. Motor kompon diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu motor shunt pendek dan motor shunt panjang.

Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah / separately excited.

Saat ini motor DC sebagian besar menggunakan magnet permanen untuk menghasilkan fluks medan dan catu daya DC hanya berlaku untuk belitan jangkar.

#Karakterstik Motor DC Self Excited

Ada 3 jenis motor DC (yang pokok) Self Excited yang diklasifikasikan menurut penguatan Medan  :

A. Motor shunt menggunakan kumparan medan dengan tahanan relatif tinggi dengan banyaknya lilitan kawat kecil, biasanya dihubungkan pararel (pararel dengan jangkar).

Motor DC Shunt
  • Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
  • Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan kumparan motor DC (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
  • Motor DC ini terbalik oleh putaran di sekitar koneksi motor seperti motor seri.
  • Pada motor DC tipe ini, dengan meningkatnya arus motor, torsi dapat ditingkatkan tanpa mengurangi kecepatan

B. Motor seri menggunakan kumparan medan tahanan sangat rendah dengan lilitan sangat sedikit, kawat besar dihubungkan seri dengan jangkar.

Motor DC Seri

Karakteristik Motor DC Seri:

  • Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
  • Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali

Kelebihan Motor DC Seri

  • Kelebihan dari motor DC seri meliputi berikut ini.
  • Torsi awal yang luas
  • Perakitan mudah dan desain sederhana
  • Perlindungan mudah
  • Hemat biaya

Kekurangan Motor DC Seri

  • Pengaturan kecepatan motor cukup buruk. Ketika kecepatan beban meningkat maka kecepatan mesin akan menurun
  • Ketika kecepatan dinaikkan, maka torsi Motor DC Seri akan menurun tajam.
  • Motor DC seri selalu membutuhkan beban sebelum menjalankan motor. Jadi motor DC seri tidak cocok untuk di mana beban motor dihilangkan sama sekali.

Motor DC seri dapat menghasilkan gaya putar yang sangat besar dan torsi dari keadaan tidak aktif. Motor-motor DC seri kurang sesuai karena diperlukan kecepatan stabil. Alasan utamanya adalah motor DC seri berubah dengan beban yang tidak stabil. Mengubah kecepatan motor seri juga bukan metode sederhana untuk diterapkan.

C. Motor kompon menggunakan kombinasi medan shunt (lilitan banyak dari kawat kecil) pararel dengan jangkar, dan medan seri (lilitan sedikit dari kawat besar ) dihubungkan seri dengan jangkar. Motor kompon ini mempunyai sifat seperti motor seri dan shunt, tergantung lilitan mana yang kuat (kumparan seri atau shunt).

Motor DC Compound

Motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok

#Aplikasi Motor DC Self Excited

(1) Motor DC tipe shunt

* Untuk Mesin bubut * pompa sentrifugal * Peralatan mesin *Blower dan kipas *Pompa bolak-balik

(2) motor DC tipe seri

* Untuk pekerjaan traksi yaitu lokomotif listrik * Troli, mobil dll. * Derek dan kerekan *Konveyor

(3) Motor DC tipe Compound

* Untuk beban torsi tinggi intermiten * Untuk gunting dan pukulan *Elevator *Konveyor *Heavy Planner * Pabrik penggilingan: Mesin es: mesin pencetakan: Kompresor udara

#Prinsip Kerja Motor DC

Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri. Sepasang magnet permanen utara–selatan menghasilkan garis medan magnet Φ, kawat penghantar di atas telapak tangan kiri ditembus garis medan magnet Φ. Jika kawat di alirkan arus listrik DC sebesar I searah keempat jari tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari. 

Daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi dan daerah tersebut dapat dilihat pada Gambar dibawah ini :

Sekarang kita akan belajar tentang peran sikat dan komutator, yang penting untuk putaran motor DC yang terus menerus. Pertama, kita akan melihat Gambar di bawah yang menunjukkan kumparan satu putaran dalam belitan rotor. Ketika kumparan dihubungkan ke catu daya DC, arus mengalir dalam kumparan. Kita akan berasumsi bahwa, pada tahap awal, distribusi fluks dan arus yang mengalir dalam kumparan terbentuk seperti gambar di sebelah kiri. Pada kondisi ini, gaya pada penghantar di kedua sisi membuat kumparan berputar searah jarum jam sesuai dengan arah gaya yang diberikan oleh aturan tangan kiri Fleming.

# Konstruksi Motor DC

Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua :

  1. Stator (bagian yang diam)

terdiri atas:

  • Badan Motor Listrik

Fungsi utama dari badan motor adalah sebagai bagian tempat untuk mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian motor lainnya.

Pada badan motor terdapat papan nama (name plat) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data teknik dari motor. Papan nama tersebut untuk mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut. Selain papan nama badan motor juga terdapat kotak hubung yang merupakan tempat ujung-ujung penguat magnet dan lilitan jangkar.

  • Inti kutub magnet dan lilitan penguat magnet

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan yang dibuat prinsip elektromagnetis. Lilitan  penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik sebagai terjadinya proses elektromagnetis.

  • Sikat-sikat

Kontak-kontak listrik pada rotating ring disebut “sikat“. Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal).

  • Rotor (bagian yang berputar)

Terdiri atas:

  • Komutator

Komutator yang digunakan dalam motor arus searah pada prinsipnya mempunyai dua bagian yaitu :

1) Komutator bar merupakan tempat terjadinya pergesekan antara komutator dengan sikat-sikat.

2) Komutator riser merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.

  • Jangkar (angker)

Umumnya jangkar yang digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya GGL lawan.

  • Lilitan jangkar (angker)

Lilitan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempat terbentuknya GGL lawan.

Prinsip Kerja dan Konstruksi Motor DC Shunt

Konstruksi motor DC shunt adalah sama dengan semua jenis motor DC. Motor ini dapat dibangun dengan bagian-bagian dasar seperti belitan medan (stator), komutator dan angker dinamo (rotor).

Prinsip kerja dari motor DC shunt adalah, setiap kali motor DC dinyalakan, maka DC mengalir ke seluruh stator dan juga rotor. Aliran arus ini akan menghasilkan dua bidang yaitu kutub serta angker dinamo.

Di celah udara antara angker dinamo dan medan, ada dua medan magnet, dan mereka akan saling merespons untuk memutar angker dinamo tersebut.

Prinsip Kerja dan Konstruksi Motor DC Seri

Dalam motor DC seri, bidang, serta belitan stator, digabungkan secara seri oleh satu sama lain. Dengan demikian arus angker dinamo dan medan setara.

Supply arus besar langsung dari supply ke medan/bidang gulungan. Arus besar dapat terbawa oleh belitan medan karena belitan ini memiliki beberapa belokan dan juga sangat tebal. Umumnya, batang tembaga membentuk belitan stator.

Batang tembaga tebal ini menghilangkan panas yang dihasilkan oleh aliran arus yang deras dengan sangat efektif. Perhatikan bahwa belitan medan stator S1-S2 dalam seri dengan angker dinamo berputar A1-A2.

Pada motor DC seri, daya listrik disupply antara satu ujung lilitan medan seri dan satu ujung angker dinamo. Ketika tegangan diberikan, arus mengalir dari terminal catu daya melalui lilitan seri dan lilitan angker dinamo.

Konduktor besar hadir dalam gulungan dinamo dan medan memberikan satu-satunya resistansi terhadap aliran arus ini. Karena konduktor ini sangat besar, daya tahannya sangat rendah. Ini menyebabkan motor menarik sejumlah besar arus dari catu daya.

Ketika arus besar mulai mengalir melalui medan dan gulungan dinamo, kumparan mencapai saturasi yang menghasilkan produksi medan magnet terkuat yang mungkin.

Kekuatan medan magnet ini memberikan poros angker dinamo dengan jumlah torsi terbesar. Torsi besar menyebabkan angker dinamo mulai berputar dengan jumlah daya maksimum dan angker dinamo mulai berputar.

Kontrol Kecepatan Motor DC Seri

Kontrol kecepatan motor DC dapat dicapai dengan menggunakan dua metode berikut

  • Metode Kontrol Fluks
  • Metode Kontrol resistansi-angker dinamo.

Metode yang paling sering digunakan adalah metode kontrol resistansi-angker dinamo. Karena dalam metode ini, fluks yang dihasilkan oleh motor DC seri dapat diubah. Perbedaan fluks dapat dicapai dengan menggunakan tiga metode seperti pengalih medan, pengalih angker dinamo, dan kontrol medan yang disadap

Dalam uji beban pada Motor DC Seri, motor harus diaktifkan pada kondisi beban karena jika motor dapat diaktifkan tanpa beban, maka akan mencapai kecepatan yang sangat tinggi.

Prinsip Kerja Motor DC Compound

Pada motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar diatas disebut motor kompon shunt panjang.

Motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar diatas disebut motor kompon shunt pendek.

Sebagai simulasi (karena alat yang dibuat miniatur) maka disini dipilih motor yang memiliki daya tidak terlalu tinggi, yaitu menggunakan motor arus searah. Sedangkan motor yang dipakai dalam proyek akhir ini adalah jenis motor arus searah dengan penguat sendiri karena motor tersebut mempunyai magnet permanen pada statornya dan memperoleh sumber arus searah dari motor itu sendiri. Untuk membalik arah putaran motor arus searah, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu :

  1. Membalik arah arus angkernya, sedangkan katup magnet tetap.
  2. Membalik katup magnetnya, sedangkan arah arus angkernya tetap.

Jika kedua-duanya dibalik (katup magnet dan arah arus angker), maka putaran motor akan tetap (tidak dapat membalik). Cara yang lazim dipakai atau dilakukan dalam membalik putaran motor arus searah ialah dengan cara membalik arah arus angkernya sedangkan membalik arah arus pada penguat magnetnya jarang dilakukan.

Motor DC Penguat/EksitasiTerpisah

    Pada bagian ini akan dibahas tentang motor DC eksitasi terpisah. Motor arus searah (DC) mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan bekerja pada suplai dc.

Fakta pembeda utama dalam jenis motor DC ini adalah, arus jangkar tidak mengalir melalui belitan medan, karena belitan medan diberi energi dari sumber arus DC eksternal yang terpisah

Motor dc penguat terpisah adalah merupakan salah satu dari jenis motor dc yang dapat menambah kemampuan daya dan kecepatan karena memiliki fluks medan (Ф) yang dihasilkan oleh kumparan medan, yang terletak secara terpisah dan mempunyai sumber pembangkit tersendiri berupa tegangan dc.

Motor DC penguat terpisah

Seperti motor DC lainnya, motor ini juga memiliki stator dan rotor. Stator mengacu pada bagian statis motor, yang terdiri dari gulungan medan. Dan rotor adalah armature bergerak yang berisi gulungan armature atau kumparan. Motor dc eksitasi terpisah memiliki kumparan medan yang mirip dengan motor dc wound shunt.

Namanya mengisyaratkan konstruksi motor jenis ini. Biasanya, pada motor DC lainnya, kumparan medan dan kumparan jangkar keduanya diberi energi dari satu sumber. Bidang mereka tidak memerlukan eksitasi terpisah. Tetapi, pada motor DC eksitasi terpisah, suplai terpisah Disediakan untuk eksitasi kumparan medan dan kumparan jangkar. Gambar di bawah menunjukkan motor dc eksitasi terpisah.

Pada motor eksitasi terpisah, belitan angker dan belitan medan dieksitasi membentuk dua tegangan suplai dc yang berbeda. Di motor ini,
• Arus jangkar Ia = Arus saluran = IL = I
• ggl balik dikembangkan , Eb = V – I Ra
di mana V adalah tegangan suplai dan Ra adalah resistansi jangkar.
• Daya diambil dari catu utama , P = VI
• Tenaga mekanik dikembangkan,

Pm = Masukan daya ke jangkar – rugi daya di jangkar

Karakteristik pengoperasian motor dc eksitasi terpisah

  • Baik pada motor dc lilitan shunt maupun medan motor dc eksitasi terpisah disuplai dari tegangan konstan sehingga arus medan konstan. Oleh karena itu kedua motor ini memiliki karakteristik kecepatan – arus jangkar dan torsi – arus jangkar yang serupa. Pada motor jenis ini fluks diasumsikan konstan.
  • Karakteristik kecepatan – kecepatan motor sedikit berkurang dengan bertambahnya beban.
  • Karakteristik torsi – Arus yang besar diperlukan untuk memulai beban berat. Jadi motor jenis ini tidak memulai pada beban berat.

Kontrol kecepatan motor DC yang dieksitasi secara terpisah
Kecepatan motor dc shunt jenis ini dikendalikan dengan metode berikut:
I. Metode pengendalian medan: Pelemahan medan menyebabkan peningkatan kecepatan motor sedangkan penguatan medan menyebabkan penurunan kecepatan. Penyesuaian kecepatan motor jenis ini dicapai dari metode berikut:
II. Kontrol rheostat medan: – Di sini resistansi variabel dihubungkan secara seri dengan kumparan medan. Dengan demikian kecepatan dikendalikan melalui variasi fluks.
Kontrol keengganan melibatkan variasi keengganan sirkuit magnetik motor.
Kontrol tegangan medan dengan memvariasikan tegangan pada rangkaian medan sambil menjaga tegangan terminal jangkar konstan.
III. Metode kontrol jangkar: Penyetelan kecepatan motor DC eksitasi terpisah dengan kontrol jangkar dapat diperoleh dengan salah satu metode berikut:

  • Kontrol tahanan jangkar: – Di sini, kecepatan dikendalikan dengan memvariasikan tegangan sumber ke jangkar. Umumnya, resistansi variabel disediakan dengan jangkar untuk memvariasikan resistansi jangkar.
  • Kontrol tegangan terminal jangkar yang melibatkan variasi variasi tegangan pada rangkaian jangkar.

Motor arus searah penguat terpisah, (jika arus penguat magnet diperoleh dari sumber arus searah di luar motor tersebut).

Pada motor penguat terpisah, kumparan medan dihubungkan dengan sumber sendiri dan terpisah dengan tegangan angker. Motor DC eksitasi terpisah sering digunakan sebagai aktuator dalam aplikasi traksi kereta api dan otomotif.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *