6
BAB II MOTOR ARUS SEARAH
II.1 UMUM
Pada prinsipnya, mesin listrik dapat berlaku sebagai motor dan generator. Tetapi kedua mesin ini memiliki perbedaan yang terletak pada pengkonversian
dayanya. Generator adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sedangkan motor adalah suatu mesin listrik yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Maka dengan membalik generator arus searah dimana sekarang tegangan sumber dan tegangan jangkar
merupakan ggl lawan maka mesin arus searah ini akan berlaku sebagai motor.
II.2 KONSTRUKSI MOTOR ARUS SEARAH
Secara umum mesin arus searah memiliki konstruksi yang terbagi atas dua bagian, yaitu bagian yang diam yaitu stator dan bagian yang bergerakberputar
yaitu rotor. Untuk lebih jelasnya, konstruksi motor arus searah dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.1 Konstruksi bagian stator motor arus searah
Universitas Suamatera Utara
7
Gambar 2.3 Konstruksi motor arus searah
Konstruksi dasar motor arus searah tersusun dari beberapa :
1. Rangka Frame
Rangka motor arus searah berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan sebagian besar komponen mesin. Untuk itu, rangka harus di rancang memiliki
kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen mesin. Selain sebagai sarana pendukung mekanis untuk mesin secara keseluruhan,
rangka juga berfungsi untuk membawa fluksi magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub mesin. Untuk mesin kecil, dimana pertimbangan harga lebih
Gambar 2.2 Konstruksi bagian rotor motor arus searah
Universitas Suamatera Utara
8 dominan daripada beratnya, biasanya rangkanya terbuat dari besi tuang cast
iron, tetapi untuk mesin-mesin besar pada umumnya terbuat dari baja tuang cast steel atau baja lembaran rolled steel. Rangka ini pada bagian dalam
dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti, selain itu rangka ini juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi disamping kuat secara mekanis.
2. Kutub Pole
Magnet penguat atau magnet medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Inti kutub terdiri dari laminasi-laminasi plat baja yang terisolasi satu
sama lain dan direkatkan bersama-sama kemudian dibaut pada rangka. Pada inti kutub ini dibelitkan kumparan medan yang berfungsi menghasilkan fluksi
magnetik. Sedangkan sepatu kutub merupakan permukaan dari kutub yang berdekatan dengan celah udara yang dibuat lebih besar dari badan ini.
Laminasi Inti Kutub
Sepatu Kutub
Lubang Baut
Gambar 2.4 Kutub medan
Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah: 1.
Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bidang lebar, maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet.
2. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan penguat atau kumparan
medan.
Universitas Suamatera Utara
9 Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga
berbentuk bulat atau strippersegi yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran tertentu.
3. Kumparan Medan
Kumparan medan merupakan susunan konduktor yang terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi dan dibelitkan pada inti kutub.
Kumparan pada setiap kutub dihubungkan secara seri untuk membentuk rangkaian medan. Rangkaian medan inilah yang berfungsi untuk
menghasilkan fluksi magnet. Rangkaian medan dapat dihubungkan secara seri ataupun paralel dengan kumparan jangkar dan juga dapat dihubungkan
tersendiri secara langsung ke sumber tegangan, sesuai dengan jenis penguatan pada motor. Banyaknya belitan pada setiap kutub tergantung hubungan
kumparan medan dan kumparan jangkar.
4. Jangkar
Jangkar adalah bagian yang berputar pada motor arus searah yang dipasak pada poros dan berputar diantara kutub medan seperti pada gambar 2.5
berikut:
Laminasi Slot
Gambar 2.5 Jangkar
Jangkar berputar diantara kutub dari kumparan medan stator. Jangkar terdiri dari inti, kumparan jangkar dan komutator. Pada permukaan jangkar terdapat
Universitas Suamatera Utara
10 slot-slot atau alur-alur yang menupakan tempat melilitkan kumparan jangkar.
Kumparan jangkar biasanya berbentuk wound yang diletakkan di slot-slot pada inti.
5. Komutator
Komutator terbuat dari batangan tembaga yang dikeraskan dropforged yang diisolasi dengan bahan sejenis mika. Adapun fungsi komutator ini
adalah untuk mengumpulkan arus listrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikannya menjadi arus searah melalui sikat.
6. Sikat Brushes
Sikat terbuat dari karbon, grafit graphite, logam grafit atau campuran karbon-grafit yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak sikatnya.
Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai keinginan. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik.
Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik dan koefisien gesekan yang rendah untuk
mengurangi keausan excessive wear.
7. Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar rotor berbentuk seperti permata. Kumparan jangkar pada motor arus searah berfungsi sebagai tempat dibangkitkannya ggl induksi.
Sedangkan macam konstruksi kumparan jangkar rotor antara lain: 1.
Kumparan jerat lap winding 2.
Kumparan gelombang wave winding 3.
Kumparan kaki katak frog-leg winding
Universitas Suamatera Utara
11
8. Celah Udara
Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan kutub-kutub medan yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan
dengan kutub-kutub medan. Fungsi dari celah ini adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan. Celah udara ini
diusahakan sekecil mungkin, semakin besar celah udara maka akan menghasilkan reluktansi yang tinggi, tetapi jika semakin kecil celah udara
akan menghasilkan reluktansi yang kecil sehingga dapat meningkatkan efisiensi motor.
II.3 RANGKAIAN EKIVALEN MOTOR ARUS SEARAH
Rangkaian ekivalen motor arus searah dapat ditunjukkan seperti pada gambar 2.6. Dari gambar tersebut, kumparan jangkar dinyatakan dengan tegangan
sumber E
a
dan tahanan R
a.
Rangkaian ini sesuai dengan prinsip thevenin untuk
Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen motor arus searah
Universitas Suamatera Utara
12 semua struktur rotor, termasuk kumparan rotor, hubungan antar kutub penggantian
belitan jika ada. Tegangan jatuh pada sikat dinyatakan oleh sumber tegangan rendah V
brush
yang berlawanan dengan aliran arus searah pada motor. Kumparan medan yang akan menghasilkan fluksi magnetik pada motor arus searah
dinyatakan oleh induktor L
F
dan tahanan R
F
. Sedangkan tahanan terpisah R
adj
sebagai tahanan eksternal yang dapat diatur digunakan untuk mengatur besar arus yang mengalir dalam kumparan medan.
Ada beberapa variasi dan penyederhanaan dari rangkaian ekivalen motor arus searah yaitu:
1. Tegangan jatuh pada sikat sering sangat kecil sekali dari tegangan yang
dibangkitkan pada motor. Jadi, jika dalam suatu kasus yang tidak begitu kritis, tegangan jatuh pada sikat dihilangkan atau termasuk dalam tahanan
R
a.
2. Tahanan dalam dari kumparan medan seringkali disatukan dengan tahanan
variabel sehingga total tahanannya dinyatakan oleh R
F
. 3.
Untuk beberapa generator yang memiliki lebih dari satu kumparan medan dapat terlihat seperti pada rangkaian ekivalen.
Tegangan yang di bangkitkan pada motor arus searah dapat dinyatakan melalui persamaan:
ω φ .
. k
E
a
= ………………………………..…………………2-1
dan besar torsi yang dibangkitkan oleh motor arus searah adalah: T
ind
= k . φ
. a
I ..............................................................................2-2
Universitas Suamatera Utara
13 Kedua persamaan ini, yaitu persamaan hukum tegangan Kirchoff dari kumparan
jangkar dan kurva magnetisasi mesin adalah alat yang penting untuk menganalisa kelakuan dan performansi motor arus searah.
II.4 PRINSIP KERJA MOTOR ARUS SEARAH