MOTOR DC PENGUAT TERPISAH Prinsip Motor DC
Motor DC (Direct Current) bekerja dengan prinsip, ketika sejumlah arus yang mengalir di dalam sebuah penghantar diletakkan di dalam sebuah medan magnet, maka terjadi sebuah torsi dan mempunyai kecenderungan untuk berputar (bergerak). Ini dikenal sebagai aksi mesin penggerak. Jika arah arus listrik dalam penghantar dibalik, maka arah putaran juga terbalik. Saat medan magnet dan medan listrik berinteraksi, keduanya menghasilkan energi mekanik. Atas dasar itulah motor DC bekerja. Arah dari putaran motor ditentukan oleh kaidah tangan kiri Fleming.
Gambar 1. Kaidah Tangan Kiri Fleming
Gambar 1 menjelaskan bahwa arah arus ditunjukkan oleh jari tengah, arah garis gaya medan magnet ditunjukkan oleh jari telunjuk dan arah putaran motor ditunjukkan oleh jari jempol. Secara struktur dan konstruksi, motor DC ialah sama dengan generator DC tapi secara kelistrikannya berbeda. Maka dari hal ini motor dan generator DC lebih sering disebut sebagai mesin DC saja. Yang membuat berbeda secara kelistrikannya maksudnya ialah jika kita ingin menjadikan mesin DC tersebut menjadi motor maka sumber listrik diberikan ke kumparan penguat medan magnet (eksitasi) dan kumparan jangkar. Untuk mesin DC yang menggunakan magnet permanen cukup memberikan sumber listrik ke kumparan jangkar saja.
Jika kita ingin menjadikan mesin DC ini menjadi generator maka sumber listrik diberikan ke kumparan penguat medan magnet saja dan jangkar harus diputar. Dari kumparan jangkar inilah keluar GGL. Untuk mesin DC magnet permanen maka cukup hanya jangkarnya diputar maka GGL timbul pada kumparan jangkar.
Gambar 2. Blok Diagram Kerja Motor DC
Dari gambar 2, motor DC disuplai tegangan E dan arus I menuju terminal kelistrikan atau terminal input dan terminal mekanikal dihasilkan torsi T dan kecepatan ω. Terminal input dan output merupakan variabel Motor DC yang dihubungkan sebagai parameter K.
T = K . I & E = K . ω
Jadi dari gambar tersebut kita dapat mengerti bahwa motor DC hanyalah fenomena yang berlawanan dari sebuah generator DC. Kita dapat membuat operasi membangkitkan dan menggerakkan dari mesin yang sama.
Konstruksi Motor DC
Ada dua komponen utama motor DC yaitu stator dan rotor. Stator merupakan bagian yang diam yang juga berfungsi sebagai rumah (bodi) motor yang di dalamnya juga terdiri dari kumparan penguat medan magnet dan terminal motor. Rotor merupakan bagian yang berputar yang menghasilkan putaran mekanik. Selain dari komponen utama tersebut ada bagian pendukung yaitu kuk (gandar/housing/yoke) motor, kutub motor, kumparan penguat medan magnet, kumparan jangkar, komutator dan sikat arang.
Kuk (gandar/yoke/housing)
Kerangka magnet atau yoke motor DC dibuat dari besi atau baja dan bentuknya merupakan bagian integrasi dari stator motor. Fungsi utamanya ialah melindungi dan menutupi bagian dalam stator serta menyangga jangkar. Yoke juga berfungsi untuk melindungi sistem kutub medan magnet dan penguat medan magnet.
Gambar 4. Bentuk Yoke Motor DC
Kutub Motor DC
Kutub ini dibuat menempel pada dinding yoke. Konstruksi dasar kutub ini terdiri dari dua bagian yaitu, inti kutub dan sepatu kutub. Keduanya ditumpuk bersama dengan menggunakan tekanan hidrolik kemudian ditempelkan pada yoke. Pada sepatu kutub tersedia slot untuk meletakkan kumparan penguat medan magnet.
Kumparan Penguat Medan Magnet
Kumparan penguat medan magnet dibuat dari kawat email tembaga yang digulung pada slot sepatu kutub. Kumparan ini bekerja dengan prinsip elektromagnetik, yang mana menghasilkan fluks magnet saat dialiri arus listrik.
Gambar 6. Gambaran Kumparan Penguat Medan Magnet
Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar motor DC diletakkan pada rotor. Kumparan jangkar ini dibuat dengan laminasi baja silikon yang rendah histeresis untuk mengurangi kehilangan magnetik seperti histeresis dan arus Eddy. Lembaran laminasi baja ini ditumpuk membentuk struktur silinder dari inti jangkar.
Komutator Motor DC
Komutator dibuat dari kumpulan tumpukan segmen tembaga, di antara segmen tersebut diisolasi mika. Fungsi utamanya dari komutator ialah media penghantar bergerak dari sikat arang menuju kumparan jangkar.
Gambar 8. Gambaran Bentuk Komutator
Sikat Arang Motor DC
Sikat arang dibuat dari karbon atau grafit, materi ini dapat membuat kontak berputar pada komutator. Sikat arang digunakan untuk penghantar dari terminal suplai menuju komutator lalu ke kumparan jangkar.
Torsi Motor DC
Torsi dihasilkan berdasarkan energinya, bersinggungan dengan arah putaran jangkar dikalikan dengan jarak.
T = F . cos α . w . r T = B . I . L . w . r. cos α T = k . ϕ . Ia
dimana α ialah sudut antara posisi awal jangkar dengan posisi sesudah berputar.
Gambar 10. Gambaran Tentang Torsi Motor DC Jenis-Jenis Motor DC
Motor DC banyak digunakan pada peralatan teknik. Contohnya untuk starter mesin mobil atau sepeda motor, dari ukuran kecil hingga yang besar. Ini dikarenakan torsi awal yang dihasilkan oleh motor DC lebih besar dibanding motor AC sehingga dapat menggerakkan start awal mesin untuk melakukan pembakaran.
Motor DC dikategorikan menjadi tiga jenis utama, yaitu penguat terpisah, penguat sendiri dan magnet permanen. Untuk penguat sendiri dibagi lagi menjadi tiga macam, yaitu penguat seri, penguat paralel (shunt) dan penguat kompon. Penguat kompon juga ada dua jenis, yaitu kompon
Gambar 11. Kategori Jenis-Jenis Motor DC
Pada kali ini hanya dibahas tentang motor DC penguat terpisah saja.
Motor DC Penguat Terpisah
Sesuai dengan namanya, motor DC ini mempunyai penguat medan magnet yang disuplai terpisah dengan suplai untuk kumparan jangkar. Dari persamaan torsi motor DC kita tahu bahwa T = K . ϕ . Ia. Jadi di sini torsi bisa divariasikan dengan mengatur fluks ϕ penguat medan magnet dan terbebas dari arus kumparan jangkar Ia.
Dengan terpisahnya suplai untuk penguat medan magnet, maka motor jenis ini dapat diatur kecepatan putarnya. Pada kenyataannya terdapat dua hal yang berpengaruh untuk motor ini yaitu tegangan dan fluks medan magnet.
V = Ea + Ia . Ra jika E = c n ϕ
maka Vt = c n ϕ + Ia . Ra n = Vt – Ia . Ra : c ϕ
n : kecepatan c : konstanta Ra : tahanan jangkar
Vt : tegangan terminal motor Ia : arus jangkar
ϕ : fluks magnet
Fluks medan secara umum biasanya diusahakan dalam kondisi konstan dan tegangan sumber ditambah linier hingga kecepatan motor nominal. Kemudian setelah kecepatan nominal, untuk menjaga agar tidak melebihi kecepatan nominal maka tegangan sumber dibiarkan konstan dan fluks kumparan penguat medan diperkecil dengan mengurangi arus medan (If). Saat itu terjadi pelemahan magnet kumparan penguat medan.
Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah
M
Vf If Rf Lf Ra Ia La VaGambar 12. Gambar Rangkaian Ekuivalen Motor DC Penguat Terpisah
Persamaan Rangkaian Motor DC Penguat Terpisah Vf = Rf . If + Lf
Volt
Vt = k . ϕ . ω . m + La Ra . Ia Volt Ti = k . ϕ . Ia – j – T loss
Pada keadaan steady, turunan terhadap fungsi waktu ialah nol dan jika variabel If, Ia dan ωm konstan maka diperoleh persamaan berikut:
Tegangan GGL lawan yang dihasilkan pada kumparan jangkar saat bekerja ialah: ea = k . ϕ . ω . m Volt
Saat motor start, GGL lawan nilainya nol sehingga arus pada kumparan jangkar cukup besar. Torsi pada motor ini ialah:
T = k . ϕ . Ia Nm ωm =
-
Cara yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC penguat terpisah ialah mengacu pada persamaan Vf = Rf . If + Lf Volt. Pada saat steady, kecepatan motor ini dapat diatur langsung dengan mengatur nilai tegangan jangkar Vt , kemudian juga dengan mengatur nilai fluks ϕ penguat medan magnet dengan cara menambah arus medan If.
Karakteristik Motor DC Penguat Terpisah
Saat tegangan sumber yang diberikan pada kumparan penguat medan magnet diatur konstan pada harga maksimum motor maka fluks motor ϕ yang dihasilkan menjadi besar sehingga Vt konstan. Hubungan antara torsi dan kecepatan dapat digambarkan dengan hubungan antara dua buah garis lurus dengan kemiringan garis gradien negatif yang kecil dengan perpotongan yang terletak pada sumbu kecepatan. Jika proses dari motor ini dihubungkan pada suatu sistem mekanik (diberi beban mekanik pada motor) maka sistem akan bekerja pada poin P1 dimana merupakan titik pertemuan antara dua buah garis.
Jika motor tidak dihubungkan dengan beban mekanik maka motor akan bekerja pada poin P0. Untuk kumparan jangkar yang disuplai oleh sumber yang terkendali tegangan DC maka kecepatannya dapat diatur mulai dari nol sampai harga Vt pada nilai maksimum.
Gambar 14. Grafik Metode Pengaturan Kecepatan Motor dengan Mengatur Tegangan Vt dan Menjaga Konstan Nilai If dari
Fluks ϕ
Gambar 15. Grafik Metode Pengaturan Kecepatan Motor dengan Mengatur Nilai If dari Fluks ϕ dan Menjaga Nilai
Tegangan Vt Konstan Referensi http://www.electrical4u.com/electrical-motor/dc-motor.php http://www.electrical4u.com/electrical-motor/principle-of-dc-motor.php http://www.electrical4u.com/electrical-motor/types-of-dc-motor.php http://tarn2007.blogspot.com/2011/10/motor-arus-searah.html http://digilib.polsri.ac.id/files/disk1/72/ssptpolsri-gdl-rizkylazua-3596-10-13020-8--4.pdf
