8 1.
Belitan Gelung [4] Apabila kumparan dihubungkan dan dibentuk sedemikian rupa
sehingga setiap kumparan menggelung kembali ke sisi kumparan berikutnya, maka hubungan ini disebut belitan gelung. Misalnya,
rotor dengan belitan gelung dua kutub, delapan alur dan delapan kumparan. Kumparan mempunyai dua ujung, dan setiap segmen
komutator menghubungkan dua ujung kumparan, terdapatlah delapan segmen komutator yang saling terisolir.
2. Belitan Gelombang
Dalam belitan gelombang, kumparan dihubungkan serta dibentuk sedemikian rupa sehingga berbentuk gelombang. Misalnya, rotor
yang mempunyai empat kutub, 21 kumparan rotor dan terdapat dua sisi kumparan di masing-masing alur. Perlu diingat bahwa
untuk belitan gelombang, berapa pun jumlah kutub yang ada, jalur paralel dan sikat akan selalu berjumlah dua. Tidak demikian
halnya dengan belitan gelung, yang jumlah paralelnya sebanding dengan bertambahnya jumlah kutub.
2.2.5 Komutator dan Sikat
Fungsi komutator adalah untuk fasilitas penghubung arus dari konduktor jangkar, sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan
sikat membuat sesuatu kerjasama yang disebut komutasi. Agar menghasilkan penyearah yang lebih baik, maka komutator yang digunakan
hendaknya dalam jumlah yang besar. Dalam hal ini setiap bahan segmen komutator tidak lagi merupakan bentuk separuh cincin, tetapi sudah
Universitas Sumatera Utara
9 berbentuk lempengan-lempengan segmen komutator yang di antaranya
terdapat bahan isolasi. Sedangkan sikat-sikat ini berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus
ke kumparan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Besarnya tekanan pegas
dapat diatur sesuai dengan keinginan. Disamping itu, sikat memegang peranan penting untuk terjadinya
komutasi. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik. Agar gesekan antar komutator-
komutator dan sikat tidak mengakibatkan arus komutator, maka sikat harus lebih lunak dari pada komutator. Gambar 2.4 adalah contoh penempatan
sikat pada komutator.
Gambar 2.4 Penempatan sikat pada komutator 2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah [2]
Ada dua kondisi yang diperlukan untuk menghasilkan gaya pada suatu konduktor.
1. Konduktor harus membawa arus.
2. Konduktor harus berada dalam suatu medan magnet.
Universitas Sumatera Utara
10 Ketika kedua kondisi ini memenuhi, sebuah gaya akan diterapkan pada
konduktor, yang akan mencoba untuk memindahkan konduktor dalam arah tegak lurus terhadap medan magnet. Ini adalah teori dasar dari semua operasi motor
arus searah. Setiap konduktor yang mengalir arus didalamnya, memiliki medan magnet
di sekitarnya. Arah medan magnet ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk konduktor yang membawa arus. Ketika ibu jari
menunjukkan arah arusnya, maka jari-jari akan menunjukkan arah medan magnet yang dihasilkan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Aturan tangan kiri untuk menentukan arah medan magnet
dari konduktor yang dialiri arus Jika sebuah konduktor yang dialiri arus ditempatkan dalam medan magnet,
medan gabungan yang dihasilkan, akan mirip dengan gambar yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Arah aliran arus melalui konduktor diindikasikan dengan x
atau .. Yang mana tanda x menunjukkan aliran arus menjauhi pembaca, atau
Universitas Sumatera Utara
11 menuju halaman. Sedangkan, tanda . menunjukkan aliran arus yang mengalir
menuju pembaca, atau keluar halaman.
Gambar 2.6 Konduktor yang dialiri arus pada suatu medan magnet
Dari Gambar 2.6 di atas, konduktor di sebelah kiri, medan yang disebabkan oleh konduktor adalah dalam arah yang berlawanan dari medan magnet utama,
dan karena itu, menentang dari medan utama. Di bawah konduktor di sebelah kiri, medan yang disebabkan oleh konduktor searah dengan medan utama, dan karena
itu menambah medan utama. Hasil akhirnya adalah bahwa di atas konduktor medan utama melemah, atau kepadatan fluks menurun, sedangkan di bawah
konduktor medan diperkuat, atau kepadatan fluks meningkat. Gaya dihasilkan pada konduktor yang menggerakkan konduktor ke arah medan yang melemah ke
atas, dan sebaliknya untuk Gambar 2.6 yang disebelah kanan gaya akan mengarah ke bawah.
Dalam sebuah motor arus searah, konduktor akan dibentuk dalam sebuah loop sedemikian rupa sehingga dua bagian konduktor berada di medan magnet
pada saat yang sama, seperti yang ditunjukkan Gambar 2.7. Ini menggabungkan efek kedua konduktor medan magnet untuk mendistorsi
medan magnet utama dan menghasilkan gaya pada setiap bagian dari konduktor.
Universitas Sumatera Utara
12 Ketika konduktor ditempatkan pada rotor, gaya yang diberikan pada konduktor
akan menyebabkan rotor berputar searah jarum jam seperti yang ditunjukkan Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Aksi motor
Ketika tegangan diberikan ke motor, arus akan mengalir melalui kumparan medan, menghasilkan sebuah medan magnet. Arus juga akan mengalir melalui
belitan jangkar dari sikat negatif ke sikat positif. Karena jangkar adalah konduktor berarus dalam suatu medan magnet, konduktor akan mengalami gaya yang
cenderung bergerak menuju arah yang sesuai dengan arah medan magnet seperti yang ditunjukkan Gambar 2.8.
Universitas Sumatera Utara
13
Gambar 2.8 Prinsip kerja sederhana motor arus searah
Jika arus jangkar
I
tegak lurus dengan arah induksi magnetik
B
maka besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang
ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah [3] :
F = B.I.l
2.1 Dimana :
F
: gaya Lorentz newton
I
: arus yang mengalir pada konduktor jangkar ampere
B
: kerapatan fluksi Wbm
2
l
: panjang konduktor jangkar m Sedangkan torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan:
T = F.r
2.2 Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar dari pada torsi beban maka
motor akan berputar. Besarnya torsi beban dapat dituliskan dengan:
T = K
.
Ф
m .
I
a
2.3
Universitas Sumatera Utara
14
K =
2.4 Dimana :
T
: torsi Nm
R
: jari-jari rotor m
K
: konstanta yang tergantung pada ukuran fisik motor Ф : fluksi setiap kutub weber
I
a
: arus jangkar A
P
: jumlah kutub
z
: jumlah konduktor
a
: cabang paralel 2.4 Motor Arus Searah Kompon
Dalam hal motor arus searah kompon motor eksitasi kompon, motor mempunyai belitan medan shunt dan belitan medan seri sekaligus. Bagian eksitasi
GGM yang lebih besar biasanya diberikan oleh belitan shunt. Belitan seri bertujuan membuat fluksi medan dapat diubah dalam batas yang wajar, dalam
keadaan berbeban. Belitan seri dapat dihubungkan ke belitan jangkar sehingga menghasilkan GGM yang searah dengan belitan shunt hubungan kompon
kumulatif atau GGM yang berlawanan arah dengan belitan shunt hubungan kompon diferensial. Mesin arus searah belitan kompon kumulatif, berlawanan
dengan mesin arus searah belitan shunt, memberikan kemungkinan mengimbangi jatuh tegangan di belitan jangkar, yang juga mengatasi efek demagnetisasi dari
reaksi jangkar [8]. Gambar 2.9 adalah gambar rangkaian ekuivalen motor kompon kumulatif
dan diferensial, baik panjang maupun pendek.
Universitas Sumatera Utara
15 a
Motor arus searah kumulatif kompon panjang
b Motor arus searah kumulatif kompon pendek
c Motor arus searah diferensial kompon panjang
Universitas Sumatera Utara
16 d
Motor arus searah diferensial kompon pendek
Gambar 2.9 Rangkaian ekuivalen motor arus searah kompon
Sedangkan total gaya gerak magnet GGM pada mesin arus searah jenis ini: F = F
p
+ F
s
- F
j
2.5 F = F
p
- F
s
- F
j
2.6 F =
N
fp
.I
fj
2.7 Persamaan 2.5 untuk motor kompon kumulatif, sedangkan 2.6 untuk
motor kompon diferensial. Dimana :
F
p
: ggm pada kumparan medan paralel =
N
fp
.I
f
ampere-lilitan F
s
: ggm pada kumparan medan seri =
N
fs
.I
A
ampere-lilitan F
j
: ggm pada kumparan medan jangkar ampere-lilitan
I
fj
: arus medan akibat adanya reaksi jangkar ampere Sehingga didapat :
I
fj
= I
f
-
.I
A
-
2.8
I
fj
= I
f
+ .I
A
-
2.9
Universitas Sumatera Utara
17
I
A
= I
fp
+ I
b
2.10
V
T
= E
A
– I
A
.R
A
+ R
fs
2.11
I
f
=
2.12 Persamaan-persamaan di atas berlaku untuk mesin arus searah kompon, baik
panjang maupun pendek [6]. Pada mesin arus searah belitan kompon kumulatif, belitan medan shunt
dapat dihubungkan baik secara langsung berseberangan dengan terminal jangkar hubungan shunt pendek maupun berseberangan dengan terminal T
1
dan T
2
yang menghubungkan ke rangkaian eksternal koneksi shunt panjang. Bagian pertama
ditunjukkan secara skematis pada Gambar 2.10 dan bagian kedua pada Gambar 2.11. Tidak ada perbedaan yang sangat berarti diantara karakteristik
pengoperasian hubungan shunt panjang dan hubungan shunt pendek [8].
Gambar 2.10 Mesin arus searah dengan penguat kompon hubungan shunt
pendek
Universitas Sumatera Utara
18
Gambar 2.11 Mesin arus searah dengan penguat kompon hubungan shunt
panjang Gambar 2.12, Gambar 2.13, Gambar 2.14, dan Gambar 2.15 adalah gambar
rangkaian untuk pengaturan tahanan shunt dan seri pada motor arus searah kompon panjang dan kompon pendek.
Gambar 2.12 Rangkaian ekuivalen pengaturan tahanan seri pada motor arus
searah kompon panjang
Universitas Sumatera Utara
19
Gambar 2.13 Rangkaian ekuivalen pengaturan tahanan seri pada motor arus
searah kompon pendek
Gambar 2.14 Rangkaian ekuivalen pengaturan tahanan shunt pada motor arus
searah kompon panjang
Universitas Sumatera Utara
20
Gambar 2.15 Rangkaian ekuivalen pengaturan tahanan shunt pada motor arus
searah kompon pendek
2.5 Efisiensi
