Apa itu motor DC?
Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan otomotif.
Bagaimana cara kerja motor DC?
Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari komutator, yaitu sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini dimaksudkan agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan api.
Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada satu sumber arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan adanya fluks stator dan arus rotor akan menghasilkan satu gaya F bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya Lorentz. Arah Fmenghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari sumber suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar secara kontinyu.
Komponen - komponen apa sajakah yang terdapat pada motor DC?
1. Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
2. Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.
3. Komutator
Komponen ini terdapat pada motor DC dan berfungsi untuk membalikkan arah arus listrik dalam kumparan jangkar. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan jangkar dan saluran daya.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.
|
Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan jarum jam.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar berikut.
Gambar Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet.
Gambar Reaksi Garis Fluks Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam. Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum : Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan. Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini : Gambar Prinsip Kerja Motor DC Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor. Prinsip Arah Putaran Motor Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F. Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.
1. Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
2. Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.
3. Komutator
Komponen ini terdapat pada motor DC dan berfungsi untuk membalikkan arah arus listrik dalam kumparan jangkar. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan jangkar dan saluran daya.
Apa jenis - jenis dari motor DC?
Berdasarkan penguatannya, motor arus searah dapat diklasifikasi-kan menjadi motor DC penguatan terpisah dan penguatan sendiri (self excited). Motor – motor pada masing – masing kelompok memiliki karakteristik kecepatan – torsi yang berbeda.
1. Motor DC magnet permanen
Kumparan medan berupa magnet permanen, sehingga medan magnet yang dihasilkan berupa fluks magnetik konstan. Oleh karena fluks magnetik konstan, maka arus medan yang dihasilkan juga konstan.
2. Motor DC penguat terpisah
Kumparan medan dibentuk dari sejumlah besar kumparan dengan penampang kawat yang kecil. Kumparan medan tipe ini dirancang untuk tahan bekerja dengan tegangan nominal motor. Arus medan dan arus jangkar dipasok dari sumber yang berbeda.
3. Motor DC shunt / parallel
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang). Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
4. Motor DC seri
Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal, arus starting pada motor DC jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat menjalankan motor harus disertai beban sebab apabila tanpa beban motor akan mempercepat tanpa terkendali. Kumparan medan terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan penampang kawat yang besar. Tipe demikian dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung seri/deret dengan kumparan rotor. Motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.
5. Motor DC kompon/campuran
Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri danshunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki torsi penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani.
Apa Keuntungan Motor DC?
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
· Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
· Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi 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.
Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
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 = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
Digunakan dimana sajakah motor DC itu?
Motor DC bisa digunakan di bidang robotika, misalnya sebagai roda line tracer, sebagai aktuator lengan robot.. Di bidang persenjataan misalnya aktuator meriam otomatis, dan lain sebagainya.
No comments:
Post a Comment