BAB II DASAR TEORI
B. Motor Listrik
3. Motor DC
Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa motor DC atau sering juga disebut motor arus searah, sebagaimana namanya menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional yang lebih sering digunakan untuk keperluan pengaturan kecepatan dibandingkan dengan motor AC. Bentuk motor yang paling sederhana memiliki kumparan tunggal yang dapat berputar bebas di antara kutub- kutub magnet permanen. Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya.
Menurut Sukmawidjaja (2014) menyatakan bahwa jika arus melewati konduktor, maka akan timbul medan magnet dan garis-garis medan magnet (fluks) dihasilkan oleh kutub-kutub magnet pada stator. Interaksi antara kedua medan tersebut akan menimbulkan perpotongan medan magnet sehingga menimbulkan gaya, gaya tersebut menghasilkan torsi yang akan memutar rotor.
Menurut Aditya, dkk (2019) menyatakan bahwa motor DC terdapat jangkar dengan satu atau lebih dengan kumparan terpisah. Tiap kumparan berujung pada cincin belah (komulator). Dengan adanya insulator antara komulator cincin belah dapat berperan sebagai saklar kutup ganda (double pole, double throwswith).
15
Dalam perkembangannya banyak sekali cara pengaturan motor DC, diantaranya pengaturan motor DC menggunakan sebuah drive, kegunaan drive tersebut untuk memudahkan operator dalam menggunakan motor DC agar bekerja sesuai yang diinginkan.
a. Prinsip Kerja Motor DC
Menurut pendapat Zumain (2009) menyatakan bahwa berdasarkan pada prinsip kemagnetan, maka motor DC menggunakan prinsip kemagnetan diatas.
Penghantar yang mengalirkan arus ditempatkan tegak lurus pada medan magnet, cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan. Besarnya gaya yang didesakkan untuk menggerakkan berubah sebanding dengan kekuatan medan magnet, besarnya arus yang mengalir pada penghantar, dan panjang penghantar. Untuk menentukan arah gerakan penghantar yang mengalirkan arus pada medan magnet, digunakan hukum tangan kanan motor. Ibu jari dan dua jari yang pertama dari tangan kanan disusun sehingga saling tegak lurus satu sama lain dengan menunjukkan arah garis gaya magnet dari medan, dan jari tengah menunjukkan arah arus yang mengalir (minus ke plus) pada penghantar. Ibu jari akan menunjukkan arah gerakan penghantar. Gambar terebut menggambarkan bagaimana torsi motor dihasilkan oleh kumparan yang membawa arus atau loop pada kawat yang ditempatkan pada medan magnet. Interaksi pada medan magnet menyebabkan pembengkokan garis gaya. Apabila garis cenderung lurus keluar, pembengkokan tersebut menyebabkan loop mengalami gerak putaran. Penghantar sebelah kiri ditekan ke bawah dan
penghantar sebelah kanan ditekan ke atas, menyebabkan putaran jangkar berlawanan dengan arah putaran jarum jam.
Gambar 2.9 Kutub medan magnet
b. Komponen Utama Motor DC
Menurut Yuski, dkk (2017) komponen utama motor DC yaitu : 1) Stator Motor DC
Gambar 2.10 Stator
Stator adalah bagian yang berfungsi sebagai rangkaian magnetik yang mempunyai sepasang kutub medan yang terpasang pada bagian dalam stator.
17
2) Jangkar atau rotor motor DC
Gambar 2.11 Jangkar/rotor
Jangkar berfungsi untuk merubah energi listrik menjadi energi gerak dalam bentuk gerak putar. Jangkar terdiri dari poros baja di mana tumpukan keping-keping inti yang berbentuk silinder dijepit. Pada inti jangkar terdapat alur-alur dimana lilitan jangkar diletakkan.
3) Komutator
Gambar 2.12 Komutator
Konstruksi dari komutator terdiri dari batangan tembaga yang dikeraskan (drop forged) yang diisolasi dengan sejenis mika. Fungsi komutator ini adalah mengumpulkan arus induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikan menjadi arus searah melalui sikat. Secara mekanik motor DC merupakan alat yang komplek
dan cenderung banyak persoalan. Sebagai contoh, kotoran pada komutator, dapat menghambat suplai listrik menuju jangkar. Beberapa jenis perawatan dibutuhkan pada saat menggunakan motor DC, pada beberapa pemakaian dengan lingkungan tertentu. Misalnya pada lingkungan asam, akan memunculkan karat yang dapat membahayakan.
4) Sikat (Brush)
Gambar 2.13 Brush
Sikat digambarkan pada gambar (2.13) terbuat dari karbon, graphite, logam graphite atau campuran karbon dan grafit yang dilengkapi dengan pegas penekanan dan konak sikatnya. Sikat biasanya dipasang dengan menumpangkannya pada sisi komutator untuk menyuplai listrik ke motor.
c. Jenis- jenis Motor DC
Menurut Saleh dan Bahariawan (2018) bahwa motor listrik arus searah DC dapat dibedakan lagi berdasarkan sumber dayanya sebagai berikut:
1) Motor DC sumber daya terpisah/separately excited, adalah jenis motor DC yang memiliki sumber arus medan disuplai dari sumber terpisah, sehingga motor ini disebut motor DC sumber daya terpisah (separately excited).
19
2) Motor DC sumber daya sendiri/self excited, adalah jenis motor DC yang sumber arus medannya disuplai dari sumber yang sama dengan kumparan motor listrik sehingga motor listrik DC disebut motor DC sumber daya sendiri (self excited).
3) Motor DC sumber daya sendiri/self excited dapat dibedakan lagi menjadi 3 jenis berdasarkan konfigurasi suplai medan dengan kumparan motornya sebagai berikut:
a) Motor DC Shunt, pada motor DC shunt, gulungan medan disambungkan secara paralel dengan gulungan motor listrik. Oleh karena itu arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
b) Motor DC seri, pada motor DC seri, gulungan medan yang dihubungkan secara seri dengan gulungan kumparan motor (A). oleh sebab itu arus medan sama dengan arus dinamo.
c) Motor DC kompon, motor kompon DC merupakan gabungan antara motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan dihubungkan secara seri dan parallel dengan gulungan motor listrik. Sehingga motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.
d) Motor DC magnet permanen
Menurut Yudha (2020) menjelaskan bahwa motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.
Disebut dengan motor DC magnet permanen karena terdapat dua buah magnet permanen pada bagian statornya atau bagian motor yang tidak berputar, serta terdapat lilitan yang terhubung dengan komutator mekanik melalui karbon brush pada rotornya atau bagian motor yang berputar. Menurut Hartono, dkk (2016)
menyatakan bahwa motor DC magnet permanen dapat mengubah polaritas positif dan negatif pada tegangan sumber DCnya, maka dapat dengan mudah mengatur menggerakkan motor untuk dua arah putaran (reversible).
Gambar 2.14 Motor DC magnet permanen Karakteristik utama PMDC antara lain :
(1) Kurva torsi kecepatan garis lurus
(2) Beroperasi kecepatan sedang 1.000-5.000 rpm (3) Efisiensi 60% - 70% (kecil kebesar)
(4) Torsi pengasutan tinggi (8-10 kali torsi nominal) (5) Pengoperasian pada tegangan DC
(6) Usia pakai 2.000 jam lebih
(7) Tipikal konstruksi yang benar-benar tertutup.
Salah satu keunggulan motor PM adalah kecepatan operasi yang lebih rendah, membuatnya ideal untuk digunakan dengan peredam roda gigi dan memungkinkan untuk operasi yang jauh lebih tenang.
21
Tabel 2.1 Kelebihan dan kelemahan PM
Kelebihan Kelemahan
(a) Berfungsi dengan baik dengan gearbox
(b) Beroperasi pada tegangan DC tanpa kontrol
(c) Pengaturan kecepatan dapat dicapai dengan kontrol yang murah
(d) Biaya rendah
(a) Pemeliharaan tinggi karena sikat (b) Kebisingan sedang karena sikat (c) Conging pada kecepatan rendah
(kurang dari 300 rpm)
(d) Kurang dari daya signifikan pada tegangan gelombang penuh (e) Torsi awal yang tinggi dapat
merusak gearbox
Kerapatan daya dari motor PM tidak tinggi. Dari sudut pandang perawatan, motor PM memiliki kepadatan sikat yang harus diperiksa dan diganti secara berkala untuk memaksimalkan umur motor. kurva kecepatan-torka yang umumnya linier untuk motor PMDC. Liniearitas ini membuatnya sangat mudah untuk mengontrol torsi output motor hanya dengan memantau tarikan saat ini. Selain itu, motor PMDC memiliki kecepatan tanpa beban rendah dan torka pengasutan yang tinggi.
Dari kurva panas motor, pada saat temperature motor meningkat, kecepatan tanpa beban meningkat, dan torsi stall berkurang. Hal ini terjadi karena pengaruh suhu pada magnet. Saat motor menjadi dingin, kecepatan akan kembali normal.