MOTOR DC

Pada tulisan sebelumnya, penulis telah menulis bagaimana kerja generator DC, saat ini penulis mencoba menjelaskan tentang motor DC. Saat kecil kita mengenal tamiya atau mungkin memainkannya. Kata yang sangat familiar yang berhubungan dengan tamiya adalah “Dinamo” sebagai penggeraknya.

Motor DC merupakan perangkat kerja mekanis yang dapat digunakan pada banyak macam kerja. Kebanyakan perangkat kerja mekanis bergantung kepada motor DC sebagai tenaga penggeraknya. Kecepatan dan arah putar motor DC lebih mudah dikendalikan.

Motor DC merupakan mesin listrik pengubah energi listrik menjadi energi gerak mekanik dengan suplai dari tegangan dari sumber arus searah (seperti: aki).

Prinsip Kerja

Jika arus listrik searah dilewatkan pada suatu konduktor, maka akan timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 1. Aliran arus pada magnet

Untuk menentukan arah garis fluks di sekitar konduktor, bisa memakai Aturan Genggaman Tangan Kanan (gambar 2). Gambar diatas menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk U. Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut.

Gambar 2. Aturan tangan kanan

Pengoperasian motor DC didasarkan pada :

1. Prinsip utama dari Motor DC yaitu aliran arus yang melintas sepanjang kawat armatur menyebabkan armatur menjadi magnet. Kutub armatur terpicu menjadi kutub medan yang melawan polaritasnya, sehingga menyebabkan armatur berputar.

Konstruksi dari motor DC hampir serupa dengan generator DC, baik segi fisik maupun elektriknya. Bahkan nyataannya , kebanyakan generator DC dapat dijadikan sebagai motor DC. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan armatur/rotor (bagian yang berputar). Motor Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat berputar sebagai berikut.

Bagian Atau Komponen Utama Motor DC:

1. Kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi ruang terbuka diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet.

2. Armatur. Armatur yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi.

3. Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara armatur dan sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

1. Tegangan armatur– meningkatkan tegangan armatur akan meningkatkan kecepatan

2. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya Elektromagnetik (E)

E= K ɸ N

Torsi

E= K ɸ I_a

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)

Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

Ia = arus dinamo

K = konstanta persamaan

Komutasi pada motor DC

Komutasi/ penggantian pada motor DC yaitu proses pembalikan arus armatur pada saat itu juga ketika kutub yang berbeda dan medan saling berhadapan, sehingga membalikkan polaritas dari medan armatur tersebut. Saat kutub dari armatur sama maka terjadi tolak menolak sehingga menimbulkan perputaran dari armatur.

Gambar 3. Komutasi pada motor

Saat kawat-kawat armatur memotong medan fluk magnet, maka akan timbul counter-electromotive force (c-emf). C-emf ini melawan tegangan yang diberikan pada motor, dan membatari aliran arus armatur.

Gambar 4. Reaksi garis Fluks

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat armatur berputar searah jarum jam.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

·         Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

·          Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

·         Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

·         Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Jenis- jenis Motor DC

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

2. Motor DC sumber daya sendiri/self exited, dibagi menjadi 3 macam:

a. Motor Seri,

Gulungan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan armatur. Kekuatan medan bervariasi sesuai dengan perubahan arus armatur. Ketika kecepatannya dikurangi akibat beban, motor seri membangkitkan torsi yang lebih besar. Torsi ini paling besar diantara tipe motor DC. Kecepatannya sangat bervariasi antara beban penuh dan tanpa beban. Pengoperasian tanpa beban pada mesin yang besar berbahaya. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan armatur. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus armatur.

Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah :

·         Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM

·         Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

 

Gambar 5. Rangkaian motor tipe seri

b. Motor Shunt

Pada motor tipe shunt, gulungan medan listrik dihubungkan secara paralel (shunt) pada kumparan armatur. Kekuatan medan terpisah dari arus armatur. Kecepatan motor hanya berubah sedikit akibat perubahan beban, dan torsinya lebih rendah diantara beberapa tipe motor DC.

Gambar 6. Rangkaian motor tipe shunt

c. Motor Compound

Dimana seperangkat  gulungan medan dihubungkan secara seri pada armatur, dan seperangkat lainnya dihubungkan secara paralel. Karakteristik kecepatan dan torsi motor ini merupakan kombinasi dari karakteristik yang diinginkan dari kedua tipe motor seri dan shunt. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

Gambar 7. rangkaian motor tipe compound

Pengendalian kecepatan dalam motor DC dikelola dengan memvariasikan resistansi baik pada motor seri dengan kawat medan, maupun motor seri dengan kawat armatur. Meningkatnya resistansi sirkuit medan shunt menyebabkan meningkatnya kecepatan motor. Meningkatnya resistansi sirkuit armatur menyebabkan menurunnya kecepatan motor.

Reaksi armatur merupakan distorsi dari medan utama pada motor dengan medan armatur yang menyebabkan bidang netral bergeser pada arah kebalikan dari putaran armatur. Pengimbangan kutub dan gulungan digunakan untuk mereduksi efek dari reaksi armatur pada pengoperasian motor.

Pemulaian resistor diperlukan karena resistansi DC dari armatur motor sangat rendah. Arus yang berlebihan akan mengalir bila tegangan DC yang pertama diterapkan kecuali saat arus dibatasi dalam beberapa cara. Penambahan resistansi pada tipe seri dengan gulungan armatur mengurangi arus awalnya. Ini kemudian dapat dihilangkan setelah c-emf sudah timbul