3 presentasi-motor-dc OK.ppt

07 07

MOTOR DC

MOTOR DC

Konstruksi Motor 

Kerja Motor berdasarkan

Kerja Motor berdasarkan

Penggunaan Gaya Magnetik

Penggunaan Gaya Magnetik

•• Gaya magnetik yang timbul pada penghantar berarus listrikGaya magnetik yang timbul pada penghantar berarus listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

gerak.

F

Fungsi komutator ungsi komutator adalahadalah agar arus listrik yang

agar arus listrik yang

mengalir pada loop tidak mengalir pada loop tidak berbalik arah, sehingga berbalik arah, sehingga loop dapat terus berputar. loop dapat terus berputar.

Komutator dan ikat pada Motor !istrik

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 a"alnya# dalam motor digunakan sikat

tembaga. Motor-motor modern biasanya menggunakan

kontak-karbon spring-loaded.

Motor DC ada #

$. Motor %& dengan sikat karbon yang berfungsi

sebagai pengubah arus pada kumparan

sedemikian rupa sehingga arah putaran motor

akan selalu sama

'.

Motor %& tanpa sikat menggunakan

semikonduktor

untuk

merubah

maupun

membalik

sehingga

layaknya

pulsa

menggerakkan

motor

tersebut#

tingkat

kebisingan listrik rendah karena putarannya

halus seperti motor stepper tapi putarannya

terus menerus tanpa adanya perstep.

K$!$%&'()

• ebagai pengendali kecepatan# yang tidak

mempengaruhi kualitas pasokan daya.

Motor ini dapat dikendalikan dengan

mengatur

* +egangan dinamo , meningkatkan

tegangan dinamo akan meningkatkan

kecepatan

* rus medan , menurunkan arus medan

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 %& sering digunakan

untuk aplikasi sero seperti pengendali

kecepatan pemintal benang atau

pengendali posisi antena penerima satelit.

• edehana

M/+/0 %&

1P0+123 14&5+1% 126 14&5+1%

&MP708 978+ 105

sumber daya terpisah

*

1P0+123 14&5+1%)

:ika arus medan dipasok dari sumber

terpisah maka disebut motor %& sumber

daya terpisah; separately e<cited.

126 14&5+1%

• Pada motor shunt# gulungan medan (medan shunt)

disambungkan secara paralel dengan

• gulungan dinamo () seperti diperlihatkan dalam

gambar. /leh karena itu total arus dalam jalur

merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

•  5t=5f>5a

• %alam motor seri# gulungan medan (medan shunt)

dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo ()

seperti ditunjukkan dalam gambar. /leh karena itu# arus

medan sama dengan arus dinamo. ?erikut tentang

kecepatan motor seri



 5a = 5f 

126 14&5+1%

ifat Motor eri 

•Kecepatan dibatasi pada @AAA 0PM

•9arus dihindarkan menjalankan motor seri

tanpa ada beban sebab motor akan

mempercepat tanpa terkendali. Motor-motor

seri cocok untuk penggunaan yang

memerlukan torBue penyalaan a"al yang

tinggi

• gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon# gulungan

medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (). ehingga# motor kompon memiliki torBue

penyalaan a"al yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri)# makin tinggi pula torBue penyalaan a"al yang dapat ditangani oleh motor ini.

126 14&5+1%

0angkaian ekialen motor %& digambarkan sebagai

berikut 

(a) (b) a b a  R  E  V  ce resis net   I  _{= =} − tan  voltage

)

.(

 A  P   ZN   E  b =

φ 

dimana 0_a adalah resistansi jangkar# 1b= GG2 balik#

C=tegangan yang diberikan ke motor 

+  jumlah kutub

)  kecepatan putaran rotor dalam rps. D = jumlah lilitan

&ontoh oal 

$.ebuah motor dc mempunyai tahanan jangkar @ /hm#

 jika motor tersebut diberi tegangan @A C# pada penghantar

dile"ati arus ' . 9itunglah GG2 balik motor tersebutE

 1b=C-5a.0a = FAC

'.ebuah motor dc ' kutub# $@A lilitan dengan luas

penampang intinya sebesar A#$@ m' mendapatkan ggl

balik sebesar ''AC# fluks magnet A#A@ Hb. 9itunglah

kecepatan putaran rotornyaE

 ''A = A#A@($@A). 8. (';A#$@)

 8 = $#@ rps a b a  R  E  V  ce resis net   I  _{= =} − tan  voltage

)

.(

 A  P   ZN   E  b =

φ 

a a a

b

a  E   I   I  R

VI 

=

+

2

+ersamaan Tegangan motor DC

+egangan C yang disupply ke jangkar motor berguna untuk  (i)mengatasi ggl balik (1_b )

(ii)menimbulkan jatuh tegangan jangkar 5_a0_a

C = 1_b > 5_a0_a ...($)

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor .

%engan mengalikan persaman ($) di atas dengan 5_a# diperoleh 

dimana  C5

_a

= daya yang masuk ke jangkar 

1

_b

5

_a

= ekialen elektrik dari daya mekanik

yang dibangkitkan dalam jangkar

5

_a'

₀

C = 1_b > 5_a0_a

&ontoh oal

$.+egangan yang disupply ke jangkar motor yang

mempunyai tahanan jangkar $@ /hm adalah $IA C# jika ggl

balik menghasilkan $$@ C. 9tiunglah arus jangkar pada

motor tersebut.

 5a = ($IA-$$@);$@ = F#J

'.%aya yang masuk ke jangkar sebesar JAAHatt#

sedangkan rugi dayanya '@H# ggl balik $AC. 9itunglah

arus jangkar pada motor tersebut.

Kondisi untuk Daya Maksimum

Gross mechanical po"er (daya mekanik) yang

dibangkikan oleh motor adalah

P

m

= C 5

a

 - 5

a'

0

a

Pendifferensialan kedua sisi persamaan

terhadap 5a dan menyamakannya dengan nol#

memperoleh 

dP

m

;d5

a

= C , ' 5

a

0

a

= A

5

a

0

a

= C;'

:uga

C = 1

b

> 5

a

0

a

 dan 5

a

 0

a

  = C;'

%ari persamaan matematis di atas terlihat bah"a daya mekanik

yang dibangkitkan oleh motor adalah maksimum jika ggl balik

(back emf) adalah sama dengan setengah dari tegangan

terpakai (C).

%alam kenyataannya# kondisi ini sulit dicapai karena arus

 jangkar harus melebihi arus beban normal.

2ebih dari itu

setengah dari tegangan terpakai (C;') harus hilang dalam

bentuk panas (mungkin juga dalam bentuk rugi-rugi mekanik

dan magnetik)# efisiensi motor akan turun di ba"ah @AL.

5

_a

0

_a

= C;'

1

_b

  = C;'

%aya yang masuk ke jangkar

sebagian hilang dalam rugi-rugi 5'₀

dan sisanya diubah ke dalam daya mekanik dalam jangkar.

+erlu diingat bah,a e"isiensi motor diberikan oleh rasio dari daya yang dibangkitkan oleh  jangkar terhadap input- yaitu

$b&a/&a  $b/.

+erlihat# bah"a semakin tinggi nilai 1b dibandingkan dengan nilai C#

P

_m

= C 5

_a

 - 5

_a'

₀

a

&ontoh oal

$.ebuah motor dc dengan tahanan jangkar $' /hm

dihubungkan dengan po"er suplply $JAC mendapat arus

 jangkar '#F. 9itunglah Gross mechanical po"er (daya

mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut.

 Pm = ($JA<'#F)-('#F'<$')='F'#IIH

'.ebuah motor dc dihubungkan dengan po"er suplply '$AC

mendapat arus jangkar F#'. %aya mekanik yang dibangkikan

oleh motor tersebut sebesar J@'H. 9itunglah tahanan jangkar

motor tersebut.

 J@' = '$A<F#' , F#''<0a  0a = '# /hm

Torsi 1angkar Motor 

?ila

Ta

(8-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar ) rps# maka daya yang dibangkitkan adalah

+

a

 T

a

 2 # 3 )

"att

P

a

= 1

b

5

a

%ari kedua persamaan di atas# diperoleh +a < ' N 8 = 1b5a

φ 

Karena $_b = 4) 2 *+(5 6olt-maka diperoleh ₊ a < ' N 8 = ᶲ 4) 2 *+(5 . &a

 

 

 



 

 

=

 A  P   ZI  T _a

_φ 

_a

π 

2

1

atau 8-m atau 8-m

 

 



 

=

 A

 P 

 ZI 

T 

a a

0

,

159

φ 

P

_a

 = +

_a

 < ' N 8

Contoh oal

$.?ila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar  rps adalah J#@I8m. 9itung daya yang dibangkitkan motor tersebut.

11 Pa = J#@I < ' (J#$F) ()='A'#JFH

'.ebuah motor F kutub dengan luas penampang inti A#$@m' jumlah

kumparan '@A lilitan. +erjadi fluks sebesar A#$ Hb. 9itunglah rus  jangkar jika pada jangkar terjadi +orsi $I@#@ 8m.

$. 5a = ($I@#@).(A#$@) ; A#$@ (A#$) ('@A) (F) = $#' 

J.ebuah motor  kutub dengan luas penampang inti A#'@m' . Pada

 jangkar terjadi fluks sebesar A#AI$@ Hb# rus jangkar $#'F  dan +orsi $@A#AF 8m. 9itunglah jumlah kumparan motor tersebut.

$. D = $@A#AF (A#'@) ; A#$@ (A#AI$@) ($#'F) () = JI lilitan

 

 

 



 

 

=

 A  P   ZI  T  a a φ  π  2 1

 

 

 



 

 

=

 A  P   ZI  T  a a 0,159φ 

Torsi +oros  ha"t Tor8ue *Tsh5

Tidak seluruh torsi jangkar yang dianalisa di atas dapat

melakukan kerja yang berguna- karena sebagian

dari torsi tersebut digunakan untuk mensupply rugi9

rugi inti dan gesekan dalam motor.

Torsi yang melakukan kerja yang berguna pada motor

dikenal sebagai torsi poros  sha"t tor8ue.*Tsh5.

%aya output motor diberikan oleh persamaan berikut

dimana +sh dalam 8-m dan 8 dalam rps.

Maka

8-mO 8 dalam rps

watt

2

 N 

 x

T 

 P 

 sh out  =

π 

 N   Pout  T   sh

π 

2

 watt

dalam

=

60

/

2

 watt

dalam

 N   Pout 

π 

=

8-mO 8 dalam rpm

 N   Pout   N   Pout  Tsh

₀

_,

₉₅₅

2

60

=

=

π 

8-m

elisih (+a - +sh) dikenal sebagai

torsi yang hilang 

(lost torBue) dan sehubungan dengan rugi-rugi inti dan

gesekan pada motor.

&ontoh oal

$.ebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar JAH# pada kecepatan putar '#$ rps# berapa torsi poros yang terjadi.

$. +sh = JA ; '(J#$F)('#$) = '#$ 8m

'.ebuah motor dc menghasilkan torsi poros @#J 8m. ?erapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan I rps.

$. Pout = @#J (') (J#$F)(I) = '.J H

J.ebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar $IAH# pada kecepatan putar F#@ rpm# berapa torsi poros yang terjadi.

$. +sh = A#@@ ($IA) ; F#@= J# 8m

F.ebuah motor dc menghasilkan torsi poros $A#@ 8m. ?erapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan A rpm.

$. Pout = $A#@ (A) ; A#@@ = I# H

@.ebuah motor dc menghasilkan torsi poros J#I 8m. %aya outputnya $'IH. ?erapa rpm kecepatan putarnya E

Ke:epatan Motor DC

%ari persamaan tegangan motor sebelumnya# diperoleh

a a a a b V   I  R  A  P   R  I  V   E 

 

=

−

 

 



 

 

−

=

60 ZN atau φ  maka diperoleh

 

 

 



 

 

−

=

 ZP   A  x  R  I  V   N  a a 60 φ  rpm

Karena C - 5a0a = 1b# maka

 

 

 



 

 

=

 ZP   A  x  E   N  b 60 φ  rpm atau φ  b  E   K   N 

 =

_rpm

φ 

/

b  E   N _∞

5ni menunjukkan bah"a kecepatan sebanding dengan ggl balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau

φ 

φ 

;ntuk motor DC seri

?ila 8_$ = kecepatan

5_a$ = arus jangkar dalam kasus pertama

$ = fluksi per kutub

dan 8_' = kecepatan

5_a' = arus jangkar dalam kasus kedua

' = fluksi per kutub

Maka dengan menggunakan persamaan di atas# diperoleh

2 1 1 2 1 2 φ  φ   x  E   E   N   N  b b =

sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik# persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

2 1 1 2 1 2 a  N  N maka I a a b b  I   I   x  E   E  = ∞ φ 

;ntuk motor shunt

%alam kasus yang sama seperti motor seri di atas#

penggunaan persamaan juga sama# yaitu

1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2

 N

 N

maka

,

1

b b b  E   E   x  Eb  E   N   N  = = =

φ 

φ 

φ 

φ 

:ika

%ari persamaan di atas# terlihat bah"a semakin cepat putaran motor# emakin besar ggl yang terinduksi.

Motor DC sumber daya terpisah

Separately Excited 

:ika arus medan disuplai dari sumber terpisah maka disebut motor %& sumber daya terpisah;separately excited.

Regulasi Ke:epatan

0egulasi kecepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan ketika beban  pada motor direduksi dari nilai tertentu (rating) ke nol, dinyatakan dalam

 persen kecepatan berbeban.

100 speed F. speed F. ! speed  N.. ke"epatan #egulas$ %

=

x

+elah dibuktikan dari analisa matematis di atas bah"a torsi motor

merupakan fungsi fluksi dan arus jangkar# tapi tidak bergantung  pada kecepatan. %alam kenyataan# putaran bergantung pada torsi tapi tidak sebaliknya.

Torsi dan Ke:epatan Motor DC

φ  φ  b a a E   K   R  I  V   K   N 

=

−

=

a

I

φ 

∞ a T 

Motor DC sumber daya sendiri

Self Excited 

< motor

shunt 

Pada motor shunt # gulungan medan (medan shunt ) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo () seperti diperlihatkan dalam gambar berikut. /leh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Motor DC berpenguatan sendiri< motor seri

%alam motor seri# kumparan medan (medan shunt ) dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar () seperti ditunjukkan dalam gambar $A. /leh karena itu# arus medan sama dengan arus jangkar . ?erikut tentang

kecepatan motor seri (0od"ell 5nternational &orporation# $O 2.M. Photonics 2td# 'AA') Kecepatan dibatasi pada @AAA 0PM

9arus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan

torque penyalaan a"al yang tinggi# seperti derek dan alat pengangkat hoist 

Motor DC KomponGabungan

Motor Kompon %& merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon# kumparan medan (medan shunt ) dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar () seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut# sehingga# motor kompon memiliki torque

penyalaan a"al yang bagus dan kecepatan yang stabil.

Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase kumparan

medan yang dihubungkan secara seri)# makin tinggi pula torque penyalaan a"al yang dapat ditangani oleh motor ini.

Motor kompon digunakan ketika diperlukan kecepatan yang cenderung konstan

dengan beban tak beraturan# misalnya mesin cetak# mesin potong dan mesin torak.

φ  b  E   K   N = s s

 _N

_&

&

k

 N

= ⇒⇒ ≈ ⇒⇒ ≅ φ   s b E   E 

Hard , 2eonard speed control system

ering digunakan pada motor yang berputar di atas rating kecepatannya. ' s

I

1

 N

1

 N

&

k

 N

= ⇒ ≈ ⇒ ≈ ⇒ ≅

φ 

φ 

 s b E   E