2.12.1. Motor DC
Motor DC Direct Current Motor adalah peralatan elektromekanik dasar yang berfungsi untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Bagian utama
dari motor dc terdiri dari dua bagian yaitu bergerak yang disebut rotor jangkar, dan bagian yang diam disebut stator.
Gambar 2.16. Konstruksi Dasar Motor DC
Masing – masing bagian mempunyai lilitan kawat. Pada stator, lilitan kawat berfungsi sebagai pembangkit medan magnet, sedangkan pada rotor, lilitan
berfungsi sebagai pembangkit gaya gerak listrik. Rotor yang dialiri arus listrik diletakkan dalam medan magnet tetap. Akibatnya tercipta gaya pada kumparan
baik pada sisi A maupun pada sisi B dapat diihat pada gambar 2.17. Gaya yang ditimbulkan tersebut adalah gaya lorentz, yaitu gaya interaksi arus atau muatan
listrik yang bergerak dengan medan magnet homogen yang mempengaruhinya, yang dinyatakan dalam:
F = B i l sin Ɵ…………………………………………………………………2.3
Sehungga gaya tarik menarik atau tolak menolak yang terjadi antara rotor dengan magnet permanen menyebabkan bagian rotor berputar.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.17. GayaMedan Magnet
Perputaran motor DC secara umum berbanding lurus dengan tegangan yang diinputkan pada terminalnya. Oleh karena itu untuk mendapatkan putaran rendah
mka terminal diberi tegangan rendah minimal 3 volt dan untuk mendapatkan putaran tinggi maka terminal input diberi tegangan yang tinggi maksimal 12 volt.
Untuk dapat mengendalikan perputaran motor DC, maka kita harus membuat tegangan out put yang bervariasi dapat diatur mulai dari 0 volt hingga tegangan
maksimum secara linier. Solusi dari permasalahan diatas adalah PWM. PWM Pulse Width
Modulation adalah suatu teknik manipulasi dalam pengendalian motor mengunakan prinsip cut-off dan saturasi. Dalam satu siklus perioda diatur lebar
pulsa low. Lebar pulsa high pada saat saturasi dan lebar pulsa low pada saat cut- off. Dengan mengatur lebar pulsa high dan lebar pulsa low dalam satu siklus,
dapat ditentukan siklus kerja atau duty cycle.
……………………………………………………………………2.4
Gambar 2.18 berikut mengilustrasikan sinyal PWM.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18. Ilustrasi Sinyal PWM
Motor akan berputar selama lebar pulsa high, dan tidak akan berputar selama lebar pulsa low. Pada gambar diketahui duty cycle adalah 75, artinya
kecepatan motor hanya akan berputar 75 dari kecepatan penuh. Begitu juga pada gambar duty cycle yang 50 artinya kecepatan motor hanya akan berputar
50 dari kecepatan penuh. Dengan demikian kecepatan motor dapat di control. Dari penjelasan di atas dapat diketahui bahwa jika dikehendaki kecepatan penuh
maka diberi lebar pulsa high secara konstan. Jika dikehendaki kecepatan bervariasi maka diberikan pulsa yang lebar high dan lownya bervariasi.
Pembangkitan pulsa PWM diperoleh melalui fasilitas timer yang terdapat pada mikrokontroler ATMEGA8535 dengan memberikan tundaan pada saat high dan
saat low. Kecepatan perputaran motor dinyatakan dalam rotation per minute rpm
atau dapat diartikan sebagai jumlah putaran dalam satu menitnya. Kecepatan motor DC berbanding terbalik dengan torsi yang dihasilkannya. Torsi pada motor
DC dapat diartikan dengan perbandingan daya kerja motor DC dengan kecepatan perputarannya. Sehingga dapat dirumuskan dengan :
………………………………………………………………………….2.5 Dengan P adalah daya kerja motor dalam satuan watt dan
adalah kecepatan perputaran motor dalam satuan rotation per minute rpm.
Motor DC banyak digunakan di robotik untuk ukuran kecil dan output energi tinggi. Harganya murah, kecil, dan kuat. Khas motor DC beroperasi
sedikitnya pada 1,5 volt hingga 100 volt. Robotik sering menggunakan motor
Universitas Sumatera Utara
yang beroperasi pada 6, 12, atau 24 volt. Menjalankan motor DC dengan kecepatan dari beberapa ribu sampai sepuluh ribu RPM. Tegangan rendah
misalnya, 12 volt atau kurang motor DC dapat menarik dari 100 milliamps ke beberapa ampli, tergantung pada desain. Karakteristik utama DC Motors meliputi:
kecepatan tinggi, torsi rendah, pembalik dan gerak terus menerus.
Gambar 2.19. Motor DC
Jika menempatkan sebuah loop kawat dalam medan magnet yang kuat dengan cara yang ditunjukkan Gambar 2.17 , maka loop tersebut akan
mengalami tindakan motor sedemikian rupa sehingga loop kawat akan mencoba untuk berpaling.
Gambar 2.20. Loop Kawat dalam Medan Magnet
Universitas Sumatera Utara
Efek ini hanya akan terjadi ketika kawat diletakkan berdekatan atau sejalan dengan magnetik bidang Gambar 2.18.
Gambar 2.21. Loop Kawat Mendekati Bidang
sisi kanan kontak dan kontak loop asli membuat kontak dengan sisi ruas kiri. Jika meneliti konsep ini dengan hati-hati dapat dilihat bahwa sementara arus
diterapkan pada sikat kontak lingkaran kawat akan merotasi melalui kontak 180 derajat di mana akan dibuat lagi dan rotor yang berputar hal akan terus rotasi.
Gambar 2.22. Sikat Kontak Lingkaran Kawat yang akan Merotasi
Arah rotasi tergantung pada: Polaritas baterai Power Source. Stator adalah stasioner di luar bagian dari sebuah motor. Rotor adalah bagian
Universitas Sumatera Utara
dalam yang berputar. Masing-masing ujung kawat diatur untuk menghubungkan himpunan disebut komutator. Torsi dari motor adalah gaya putar yang dihasilkan
pada poros output. Ketika motor itu mogok menghasilkan jumlah maksimum torsi yang dapat menghasilkan. Oleh karena rating torsi biasanya diambil ketika motor
telah terhenti dan disebut torsi kios. Kekuatan sebuah motor adalah produk dari kecepatan dan torsi. Daya output terbesar dibongkar di suatu tempat antara
kecepatan kecepatan maksimum, tidak ada torsi dan terhenti torsi maksimum, tidak ada kecepatan. Motor yang menarik lebih banyak arus akan memberikan
kekuasaan yang lebih besar. Juga, motor tertentu menarik lebih banyak arus memberikan lebih banyak output torsi. Praktis motor rotor terdiri dari beberapa set
kawat setiap rangkaian yang terdiri dari sepotong kawat dibungkus mungkin sekali mengelilingi loop.
2.12.2. Motor Servo