9
BAB II TINJAUAN TEORITIS
2.1 Motor DC
Motor listrik dapat digolongkan menjadi motor
Direct Current
DC dan motor
Alternating Current
AC tergantung dari suplai dayanya. Kecepatan motor AC selalu tetap sesuai dengan frekuensi dari jala-jala listrik PLN, sedangkan motor DC baik kecepatan, laju dan arah putarnya dapat
diatur dengan mudah sesuai dengan kebutuhan. Salah satu komponen yang tidak dapat dilupakan dalam sistem pengaturan adalah aktuator.
Aktuator adalah komponen yang bergerak dan mampu menghasilkan energy mekanik dari energy listrik. Kumparan medan pada motor DC disebut stator bagian yang tidak berputar dan yang
berputar disebut rotor. Beberapa contoh penggunaan motor DC dalam kehidupan sehari-hari antara lain memutar impeller pompa, menggerakan kompresor, mixer, bor listrik, kipas angin, kereta listrik,
elevator, motor pada mesin yang digunakan pada tambang batu bara dan mesin-mesin industri.
2.1.1 Bagian-bagian motor DC
Bagian-bagian motor DC secara umum, digambarkan seperti gambar 2.1
Gambar 2.1 Bagian-bagian Motor DC
1. Badan mesin
Badan mesin berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang yang terbuat dari bahan ferromagnetic yang dihasilkan oleh kutub magnet. Badan mesin juga untuk meletakkan alat-alat
tertentu, sehingga harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat seperti dari besi tuang dan plat campuran baja.
2. Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet
Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet mampu mengalirkan arus listrik sehingga ada elektromagnetik.
3. Sikat-sikat
10
Sikat-sikat berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas dan juga memegang peranan penting untuk terjadinya proses komutasi.
4. Komutator
Komutator berfungsi sebagai penyearah mekanik yang akan dipakai bersama-sama dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan sedemikian rupa sehingga komutasi terjadi pada saat sisi kumparan
berbeda. 5.
Jangkar Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetik dengan maksud memperbesar induksi magnetiknya
untuk menghasilkan ggl induksi ggl yang besar. 6.
Belitan jangkar Belitan jangkar adalah bagian yang sangat penting pada mesin arus searah dengan berfungsi
untuk tempat timbulnya tenaga putar motor.
2.1.2 Prinsip kerja motor DC
Pada dasarnya motor DC adalah suatu transducer. Proses konversi ini terjadi melalui medan magnet. Ketika arus I melalui sebuah konduktor akan menghasilkan garis-garis gaya magnet fluks
B. Arah dari fluks bergantung pada arah arus yang mengalir atau dimana terjadi perbedaan potensial tegangan. Hubungan arah arus dan arah medan magnet ditunjukkan oleh Gambar 2.2. Dengan
menggunakan kaidah tangan kanan arus listrik yang mengalir dan medan magnet yang dihasilkan dapat ditentukan.
Gambar 2.2 Konduktor yang Dilalui Arus Listrik
Berdasarkan aturan tangan kiri Fleming, yang ditunjukkan oleh Gambar 2.3, dengan ibu jari menunjukkan arah gerak, jari telunjuk menunjukkan arah medan dan jari tengah menunjukkan arah
arus. Jika sebuah kumparan yang dialiri arus listrik diletakkan di sekitar medan magnet yang
11
dihasilkan oleh magnet permanen, maka pada penghantar tersebut akan mengalami gaya. Prinsip inilah yang kemudian digunakan pada motor.
Gambar 2.3 Kaidah Tangan Kiri Fleming
Secara matematis, gaya Lorentz dapat dituliskan dengan persamaan 2.1 � = � � � 2.1
dengan: F
= Gaya Lorentz Newton
B = Kerapatan fluks
Tesla I
= Arus Ampere
L = Panjang konduktor kawat
Meter Pada motor DC, fenomena ini digunakan sebagai dasar penggerak motor. Ketika kawat
konduktor dialiri arus, akan dihasilkan gaya gerak listrik karena konduktor bergerak didalam kumparan medan magnet. Untuk menghasilkan energi mekanik sempurna, maka tegangan gerak yang
disebabkan reaksi lawan harus lebih kecil. Dengan mengalirkan arus pada kumparan jangkar yang terlindung dari medan, maka motor akan berputar, sehingga terjadilah gaya yang akan memutar
jangkararmature motor. Interaksi dua buah medan yang dihasilkan oleh bagian jangkar dan bagian medan
field
dari motor DC menghasilkan putaran pada motor DC. Gambar 2.4, menunjukkan kumparan yang
dihubungkan ke sumber arus searah, sedangkan magnet permanen adalah bagian dari jangkar. Bagian jangkar ini tidaklah harus dalam magnet permanen, karena bisa juga berbentuk lilitan yang akan
menjadi elektomagnet jika memperoleh sumber arus searah. Jika motor DC berjenis jangkar lilitan, maka harus ada dua sumber arus searah, satu untuk jangkar dan satu lagi untuk medan. Komutator
adalah bagian lain yang tidak kalah penting pada motor DC, yang berpasangan dengan cincin belah
12 slip rings
. Pasangan ini menjadikannya lilitan medan berputar dengan arah arus tetap, yang biasanya disebut konverter mekanik.
Gambar 2.4 Prinsip Kerja Motor DC
Gaya gerak listrik GGL yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran diakibatkan oleh perputaran kawat konduktor dan sebanding terhadap kecepatan putaran
�
m
pada motor dan flux per kutub Φ
d
. GGL atau biasa disebut tegangan induksi e bernilai negatif karena polaritasnya selalu berlawanan dengan tegangan sumber v. Persamaan tegangan induksi adalah:
e
a
=
� �
Φ
d
�
m
2.2 dengan:
e
a
= Tegangan induksi GGL
P = Jumlah kutub Z = Jumlah konduktor
�
m
= Kecepatan putar per detik rads
Φ
d
= Medan fluks Weber
Jumlah konduktor Z, jumlah kutub P dan 2 � bernilai konstan, maka bisa diasumsikan
sebagai konstanta armature K
a
sehingga tegangan induksinya e
a
menjadi: e
a =
K
a
Φ
d
�
m
2.3
2.1.3 Persamaan ekivalen rangkaian dan torsi elektromagnetik