BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Jenis –Jenis Motor DC (Motor Arus Searah)
Motor dc atau sering disebut juga dengan Motor listrik arus searah adalah suatu perangkat yang dapat mengubah energi listrik searah menjadi energi kinetik.
Seperti namanya, Motor dc membutuhkan arus listrik searah atau arus dc pada kumparan medan untuk dikonversikan menjadi energi kinetik. Kumparan medan (Field Winding) ini adalah kumparan atau gulungan/lilitan yang terdapat pada bagian yang tidak bergerak pada Motor dc dan biasanya disebut dengan stator, sedangkan bagian yang bergerak pada motor dc disebut dengan rotor.
Gambar 2.8 Klasifikasi Jenis-Jenis Motor Listrik 1. Motor Arus Searah Penguat Terpisah
Motor jenis ini, penguat magnetnya mendapat arus dari sumber tersendiri dan terpisah dengan sumber arus ke rotor. Sehingga arus yang diberikan untuk jangkar dengan arus yang diberikan untuk penguat magnet tidak terikat antara satu dengan yang lainnya secara kelistrikan.Pada jangkar motor timbul EMF (GGL) lawan sebesar Eg yang melawan tegangan masuk (Vt). Rangkaian ekivalen motor DC berpenguatan bebas seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2.9 Arus Searah Penguat Terpisah
Dari gambar rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan, arus, daya dan tahanan dapat di tuliskan sebagai berikut : Dengan :
𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎𝑅𝑎+ ΔVsi
...(2.12) I =
Ia...(2.13) If =
𝑉𝑓
𝑅+𝑅𝑓...………...(2.14)
I=
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡
𝑉𝑡 ...(2.15) Keterangan :
Vt = Tegangan terminal dalam Volt
𝑉𝑓 = teg. terminal medan penguatan bebas (volt) 𝐼𝑓 = arus medan penguatan bebas (amp)
𝐸𝑎 = gaya gerak listrik motor arus searah (volt) Ia = Arus jangkar dalam amper
Ish = Arus medan shunt dalam amper I = Arus jala-jala dalam amper Pi = Daya input dalam watt.
Ra = Tahanan jangkar dalam ohm ΔVsi= Rugi tegangan dalam sikat
2. Motor Arus Searah dengan Penguat Sendiri
Motor jenis ini yaitu jika arus penguat magnet diperoleh dari motor itu sendiri.
Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar motor dc dengan penguat sendiri dapat dibedakan :
1. Motor DC shunt 2. Motor DC seri
3. Motor DC kompon (campuran) 4. Motor DC kompon pendek 5. Motor DC kompon panjang
Pada pemilihan (penggunaan) motor dc harus disesuaikan dengan karakteristik dan konstruksi dari mesin.
3. Motor DC Shunt
Motor ini dinamakan motor dc shunt karena cara pengkabelan motor ini yang parallel (shunt) dengan kumparan armature. Motor DC shunt berbeda dengan motor yang sejenis terutama pada gulungan kawat yang terkoneksi parallel dengan medan armature. Kita harus ingat bahawa teori elektronika dasar bahwa sebuah sirkuit yang parallel juga disebut sebagai shunt. Karena gulungan kawat diparalel dengan armature, maka disebut sebagai shunt winding dan motornya disebut shunt motor.
Motor DC shunt memiliki skema berikut:
Gambar 2.10 Skema Motor Dc Shunt
Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo. Karakter kecepatan motor dc tipe shunt adalah :
1. 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.
2. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).Motor ini tidak dapat memproduksi arus yang besar ketika mulai melakukan putaran seperti pada medan kumparan seri.Hal ini berarti motor parallel mempunyai torsi awal yang lemah. Ketika voltase diaplikasikan ke motor listrik, resistansi yang tinggi pada kumparan parallel menjaga arus mengalir lambat.
Dari gambar rangkaian ekivalen motor dc shunt tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan, arus, daya dan tahanan dapat di tuliskan sebagai berikut :
𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎𝑅𝑎+
ΔVsi...(2.16) Ish = If =
𝑉𝑡
𝑅𝑠ℎ...(2.17)
I= I𝑎 +
Ish...(2.
18) I=
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡
𝑉𝑡 ...
..(2.19) Keterangan:
Vt = Tegangan terminal dalam Volt
𝑉𝑓 = teg. terminal medan penguatan bebas (volt) 𝐼𝑓 = arus medan penguatan bebas (amp)
𝐸𝑎 = gaya gerak listrik motor arus searah (volt) Ia = Arus jangkar dalam amper
Ish = Arus medan shunt dalam amper I = Arus jala-jala dalam amper Pi = Daya input dalam watt.
Ra = Tahanan jangkar dalam ohm ΔVsi= Rugi tegangan dalam sikat 4. Motor DC Seri
Motor ini dipasang secara seri dengan kumparan armature.Motor ini, kurang stabil. Pada torsi yang tinggi kecepatannya menurun dan sebaliknya. Namun, pada saat tidak terdapat beban motor ini akan cenderung menghasilkan kecepatan yang sangat tinggi.
Dari gambar rangkaian ekivalen motor dc seri tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan, arus, daya dan tahanan dapat di tuliskan sebagai berikut :
𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎𝑅𝑎+ IRs + ΔVsi
...(2.20) I =
Ia...
.(2.21) 𝐼=
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡
𝑉𝑡 ...
..(2.22) Keterangan :
Vt = Tegangan terminal dalam Volt
𝑉𝑓 = teg. terminal medan penguatan bebas (volt) 𝐼𝑓 = arus medan penguatan bebas (amp)
𝐸𝑎 = gaya gerak listrik motor arus searah (volt) Ia = Arus jangkar dalam amper
Ish = Arus medan shunt dalam amper I = Arus jala-jala dalam amper Pi = Daya input dalam watt.
Ra = Tahanan jangkar dalam ohm ΔVsi= Rugi tegangan dalam sikat
Gambar 2.11 Skema Motor Dc Penguat Seri
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.
Karakter kecepatan dari motor DC tipe seri adalah : 1.Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
2.Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali. Karena kumparan medan terseri dengan kumparan armature, motor dc seri membutuhkan jumlah arus yang sama dengan arus yang mengalir melalui kumparan armature.Pengoperasian dari motor ini sangat mudah untuk dimengerti. Kita tahu, bahwa kumparan medan terkoneksi secara seri dengan kumparan armature. Hal ini berarti bahwa power akan teraplikasi pada salah satu ujung dari kumparan medan yang seri dan ujung lain dari kumparan armature yang terkoneksi dengan brush.
5. Motor DC Kompon
Motor Kompon DC merupakan 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. Dalam industri, motor ini digunakan untuk pekerjaan apa saja yang membutuhkan torsi besar dan kecepatan yang constant.
Bila motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar dibawah disebut motor kompon panjang.
Gambar 2.12 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
Dari gambar rangkaian ekivalen motor dc kompon tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan tegangan, arus, daya dan tahanan dapat di tuliskan sebagai berikut :
𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎𝑅𝑎+ IRs +
ΔVsi...(2.23) Ish =
𝑉𝑡−𝐼𝑅𝑠
𝑅𝑠ℎ ...(2.24) I = Ia -
Ish...(2.25) 𝐼=
𝐷𝑎𝑦𝑎 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡
𝑉𝑡 ...(2.
26)
Keterangan:
Vt = Tegangan terminal motor dalam Volt Eb = EMF (GGL) lawan dari jangkar dalam volt Ia = Arus jangkar dalam amper
Ish = Arus medan shunt dalam amper Ra = Tahanan kuparan jangkar dalam ohm Rs = Tahanan kumparan seri dalam ohm
Rsh = Tahanan Kumparan medan shunt dalam ohm ΔVsi = Rugi tegangan dalam sikat
Pinput = Vt x Idalam watt
Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar dibawah disebut motor kompon shunt pendek
Gambar 2.13 Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon
pendek 𝐼𝐿 = 𝐼𝑎 + 𝐼𝑠ℎ
...(2.27) 𝑉𝑡 = 𝐸𝑎 + 𝐼𝑎. 𝑅𝑎 + 𝐼𝐿 .
𝑅𝑠...(2.28) 𝑃𝑖𝑛 = 𝑉𝑡.
𝐼𝐿...(2.29)
2.3.1 Keuntungan Motor DC (Motor Arus Searah)
Keuntungan utama motor dc adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor dc ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
1. Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
2. Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan
Motor dc tersedia dalam berbagai banyak ukuran, namun penggunaan motor dc ini pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaa daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab akan sering terjadi sebuah masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
Motor dc juga relatif mahal dibanding motor ac.(Daulay, 2021)
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Gaya Elektromagnetik (E) E=KΦN
...(2.30) Torque (T)
T=KΦIa
...(2.31) 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 = torsi electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
Kelebihan Motor Dc dibandingkan dengan Motor Ac 1. Torsi dan kecepatannya mudah dikendalikan 2. Torsi awalnya besar
3. Performansinya mendekati liner
4. Sistem kontrolnya relatif lebih murah dan sederhana
5. Cocok untuk aplikasi motor servo karena respon dinamika nya lebih baik 6. Untuk aplikasi berdaya rendah motor dc lebih murah dari motor ac Kekurangan Motor Dc dibandingkan dengan Motor Ac
1. Membutuhkan perawatan yang ekstra lebih besar dan lebih mahal (jika dibandingkan dengan motor ac induksi)
2. Tidak cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi 3. Tidak cocok untuk aplikasi berdaya besar
4. Tidak cocok untuk digunakan pada kondisi lingkungan yang cepat berdebu