07
Kerja Motor berdasarkan
Penggunaan Gaya Magnetik
• Gaya magnetik yang timbul pada penghantar berarus listrik
digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.
Fungsi komutator adalah agar arus listrik yang mengalir
pada loop tidak berbalik arah, sehingga loop dapat terus
Komutator dan Sikat pada Motor Listrik
Komutator atau cincin belah (split ring) berfungsi untuk
membalik arah arus pada setengah siklus negatif dari arus
bolak balik. Kontak-kontak listrik pada rotating ring disebut
"sikat“. Pada awalnya, dalam motor digunakan sikat
Motor DC ada 2
1. Motor DC dengan sikat karbon yang berfungsi
sebagai pengubah arus pada kumparan
sedemikian rupa sehingga arah putaran motor
akan selalu sama
2. Motor DC tanpa sikat menggunakan
semikonduktor
untuk
merubah
maupun
membalik
sehingga
layaknya
pulsa
menggerakkan
motor
tersebut,
tingkat
KELEBIHAN
• Sebagai pengendali kecepatan, yang tidak
mempengaruhi kualitas pasokan daya.
Motor ini dapat dikendalikan dengan
mengatur:
→ Tegangan dinamo – meningkatkan
tegangan dinamo akan meningkatkan
kecepatan
• memiliki torsi yang tinggi,
• tidak memiliki kerugian daya reaktif
dan tidak menimbulkan harmonisa pada
sistem tenaga listrik yang mensuplainya.
• memiliki akurasi kontrol yang tinggi
sehingga motor DC sering digunakan
untuk aplikasi servo seperti pengendali
kecepatan pemintal benang atau
pengendali posisi antena penerima satelit.
• Sedehana
MOTOR DC
SEPARATELY EXCITED SELF EXCITED
sumber daya terpisah
(
SEPARATELY EXCITED)
Jika arus medan dipasok dari sumber
SELF EXCITED
• Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt)
disambungkan secara paralel dengan
• gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam
gambar. Oleh karena itu total arus dalam jalur
merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
• It=If+Ia
• Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt)
dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A)
seperti ditunjukkan dalam gambar. Oleh karena itu, arus
medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang
kecepatan motor seri
Ia = If
SELF EXCITED
Sifat Motor Seri :
•Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
•Harus dihindarkan menjalankan motor seri
tanpa ada beban sebab motor akan
mempercepat tanpa terkendali. Motor-motor
seri cocok untuk penggunaan yang
• gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan
medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, 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.
SELF EXCITED
Rangkaian ekivalen motor DC digambarkan sebagai
dimana Ra adalah resistansi jangkar, Eb= GGL balik,
V=tegangan yang diberikan ke motor
P : jumlah kutub
N : kecepatan putaran rotor dalam rps. Z = jumlah lilitan
Contoh Soal :
1.Sebuah motor dc mempunyai tahanan jangkar 5 Ohm,
jika motor tersebut diberi tegangan 50 V, pada penghantar
dilewati arus 2 A. Hitunglah GGL balik motor tersebut?
Eb=V-Ia.Ra = 40V
2.Sebuah motor dc 2 kutub, 150 lilitan dengan luas
penampang intinya sebesar 0,15 m2 mendapatkan ggl
balik sebesar 220V, fluks magnet 0,075 Wb. Hitunglah
kecepatan putaran rotornya?
a
Persamaan Tegangan motor DC
Tegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk : (i)mengatasi ggl balik (Eb )
(ii)menimbulkan jatuh tegangan jangkar IaRa
V = Eb + IaRa ...(1)
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.
V = Eb + IaRa
Contoh Soal
1.Tegangan yang disupply ke jangkar motor yang
mempunyai tahanan jangkar 15 Ohm adalah 180 V, jika ggl
balik menghasilkan 115 V. Htiunglah arus jangkar pada
motor tersebut.
Ia = (180-115)/15 = 4,3A
2.Daya yang masuk ke jangkar sebesar 300Watt,
sedangkan rugi dayanya 25W, ggl balik 190V. Hitunglah
arus jangkar pada motor tersebut.
Kondisi untuk Daya Maksimum
Gross mechanical power (daya mekanik) yang
dibangkikan oleh motor adalah
P
m= V I
a- I
a2R
aPendifferensialan kedua sisi persamaan
terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol,
memperoleh :
dP
m/dI
a= V – 2 I
aR
a= 0
I
aR
a= V/2
Juga
V = E
b+ I
aR
adan I
aR
a= V/2
Dari persamaan matematis di atas terlihat bahwa
daya mekanik
yang dibangkitkan oleh motor adalah maksimum jika ggl balik
(back emf) adalah sama dengan setengah dari tegangan
terpakai (V).
Dalam kenyataannya, kondisi ini sulit dicapai karena arus
jangkar harus melebihi arus beban normal. Lebih dari itu
setengah dari tegangan terpakai (V/2) harus hilang dalam
bentuk panas (mungkin juga dalam bentuk rugi-rugi mekanik
dan magnetik), efisiensi motor akan turun di bawah 50%.
I
aR
a= V/2
Daya yang masuk ke jangkar
sebagian hilang dalam rugi-rugi I2R
dan sisanya diubah ke dalam daya mekanik dalam jangkar.
Perlu diingat bahwa efisiensi motor diberikan oleh rasio dari daya yang dibangkitkan oleh jangkar terhadap input, yaitu EbIa/VIa = Eb/V.
Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb dibandingkan dengan nilai V,
P
m= V I
a- I
a2R
aContoh Soal
1.Sebuah motor dc dengan tahanan jangkar 12 Ohm
dihubungkan dengan power suplply 130V mendapat arus
jangkar 2,4A. Hitunglah Gross mechanical power (daya
mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut.
Pm = (130x2,4)-(2,42x12)=242,88W
2.Sebuah motor dc dihubungkan dengan power suplply 210V
mendapat arus jangkar 4,26A. Daya mekanik yang dibangkikan
oleh motor tersebut sebesar 352W. Hitunglah tahanan jangkar
motor tersebut.
352 = 210x4,26 – 4,262xRaTorsi Jangkar Motor
Bila
Ta
(N-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar N rps, maka daya yang dibangkitkan adalahP
a= T
ax 2 π N
Contoh Soal
1.Bila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar 9 rps adalah 3,58Nm. Hitung daya yang dibangkitkan motor tersebut.
1. Pa = 3,58 x 2 (3,14) (9)=202,34W
2.Sebuah motor 4 kutub dengan luas penampang inti 0,195m2 jumlah
kumparan 250 lilitan. Terjadi fluks sebesar 0,19 Wb. Hitunglah Arus jangkar jika pada jangkar terjadi Torsi 185,95 Nm.
1. Ia = (185,95).(0,195) / 0,159 (0,19) (250) (4) = 1,2 A
3.Sebuah motor 6 kutub dengan luas penampang inti 0,25m2 . Pada
jangkar terjadi fluks sebesar 0,0815 Wb, Arus jangkar 1,24 A dan Torsi 150,04 Nm. Hitunglah jumlah kumparan motor tersebut.
Torsi Poros = Shaft Torque (Tsh)
Tidak seluruh torsi jangkar yang dianalisa di atas dapat
melakukan kerja yang berguna, karena sebagian
dari torsi tersebut digunakan untuk mensupply
rugi-rugi inti dan gesekan dalam motor.
Daya output motor diberikan oleh persamaan berikut
Selisih (Ta - Tsh) dikenal sebagai
torsi yang hilang
Contoh Soal
1.Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 30W, pada kecepatan putar 2,1 rps, berapa torsi poros yang terjadi.
1. Tsh = 30 / 2(3,14)(2,1) = 2,1 Nm
2.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 5,36 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 8 rps.
1. Pout = 5,36 (2) (3,14)(8) = 269.3 W
3.Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 180W, pada kecepatan putar 46,5 rpm, berapa torsi poros yang terjadi.
1. Tsh = 0,955 (180) / 46,5= 3,7 Nm
4.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 10,75 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 70 rpm.
1. Pout = 10,75 (70) / 0,955 = 787,96 W
5.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 3,68 Nm. Daya outputnya 128W. Berapa rpm kecepatan putarnya ?
Kecepatan Motor DC
Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh
a
maka diperoleh
Untuk motor DC seri
Bila N1 = kecepatan
Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperoleh
2
sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut
Untuk motor shunt
Dalam kasus yang sama seperti motor seri di atas,
penggunaan persamaan juga sama, yaitu
1
Motor DC sumber daya terpisah/
Separately Excited
Regulasi Kecepatan
Regulasi kecepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan ketika beban pada motor direduksi dari nilai tertentu (rating) ke nol, dinyatakan dalam
persen kecepatan berbeban.
100
Telah dibuktikan dari analisa matematis di atas bahwa torsi motor merupakan fungsi fluksi dan arus jangkar, tapi tidak bergantung pada kecepatan. Dalam kenyataan, putaran bergantung pada torsi tapi tidak sebaliknya.
Torsi dan Kecepatan Motor DC
Motor DC sumber daya sendiri/
Self Excited
: motor
shunt
Motor DC berpenguatan sendiri: motor seri
Dalam motor seri, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 10. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Berikut tentang
kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002): Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan
torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat
Motor DC Kompon/Gabungan
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut, sehingga, motor kompon memiliki torque
penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.
Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase kumparan
medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.
Motor kompon digunakan ketika diperlukan kecepatan yang cenderung konstan
b
E K N
s s
N
E
E
k
N
s b
E
E
Ward – Leonard speed control system
Sering digunakan pada motor yang berputar di atas rating kecepatannya.
x s
I
1
N
1
N
E
k
N
s
b
