3 presentasi motor dc OK

  Konstruksi Motor

  Kerja Motor berdasarkan Penggunaan Gaya Magnetik

• Gaya magnetik yang timbul pada penghantar berarus listrik

  digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak.

  Fungsi komutator adalah agar arus listrik yang mengalir pada loop tidak berbalik arah, sehingga loop dapat terus berputar.

Komutator dan Sikat pada Motor Listrik

  Komutator atau cincin belah (split ring) berfungsi untuk

membalik arah arus pada setengah siklus negatif dari arus

bolak balik. Kontak-kontak listrik pada rotating ring disebut

"sikat“. Pada awalnya, dalam motor digunakan sikat tembaga. Motor-motor modern biasanya menggunakan kontak-karbon spring-loaded.

  Klasifikasi Motor Listrik

Motor DC ada 2

  

1. Motor DC dengan sikat karbon yang berfungsi

sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga arah putaran motor akan selalu sama

  

2. Motor DC tanpa sikat menggunakan

semikonduktor untuk merubah maupun membalik sehingga layaknya pulsa menggerakkan motor tersebut, tingkat kebisingan listrik rendah karena putarannya halus seperti motor stepper tapi putarannya terus menerus tanpa adanya perstep.

  

KELEBIHAN

• • 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.

• memiliki torsi yang tinggi,

• • tidak memiliki kerugian daya reaktif

  dan tidak menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang mensuplainya.

• • memiliki akurasi kontrol yang tinggi

  sehingga motor DC sering digunakan

  untuk aplikasi servo seperti pengendali kecepatan pemintal benang atau pengendali posisi antena penerima satelit.
• Sedehana • Mudah dikontrol

  

MOTOR DC

SEPARATELY EXCITED SELF EXCITED CAMPURAN SHUNT SERI

  sumber daya terpisah ( SEPARATELY EXCITED)

  Jika arus medan dipasok dari sumber

terpisah maka disebut motor DC sumber

daya terpisah/ separately excited. SHUNT

• Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan
• gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.
• It=If+Ia

  SELF EXCITED SERI

• Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A)

  seperti ditunjukkan dalam gambar. Oleh karena itu, arus

  medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri  Ia = If

Sifat Motor Seri :

• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan

  mempercepat tanpa terkendali. Motor-motor

  seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi

  CAMPURAN  Motor Kompon

• gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.

  Tesla Rangkaian ekivalen motor DC digambarkan sebagai berikut : (a) (b)

  dimana R adalah resistansi jangkar, _a

  V E net voltage

  

  b

  Eb= GGL balik,

  I

   

  a resis tan ce R V=tegangan yang diberikan ke motor a

  P : jumlah kutub P N : kecepatan putaran rotor dalam rps.

  E ZN .( ) 

   b

  V E net voltage

  

  b P

  I

   

  a E ZN .( )

    b resis tan ce R a

  A

Contoh Soal :

  1.Sebuah motor dc mempunyai tahanan jangkar 5 Ohm,

jika motor tersebut diberi tegangan 50 V, pada penghantar

dilewati arus 2 A. Hitunglah GGL balik motor tersebut? _{ Eb=V-Ia.Ra = 40V}

  2.Sebuah motor dc 2 kutub, 150 lilitan dengan luas penampang intinya sebesar 0,15 m2 mendapatkan ggl balik sebesar 220V, fluks magnet 0,075 Wb. Hitunglah kecepatan putaran rotornya? _{ 220 = 0,075(150). N. (2/0,15)  N = 1,5 rps}

Persamaan Tegangan motor DC

  a a a b a R

  I I E

  VI

  2  

  Tegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk : (i)mengatasi ggl balik (E _b ) (ii)menimbulkan jatuh tegangan jangkar I _a R _a

  V = E _b + I _a R _a ..............................(1) Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.

  Dengan mengalikan persaman (1) di atas dengan I _a , diperoleh :

  dimana : VI a

  = daya yang masuk ke jangkar E b

  I a

  = ekivalen elektrik dari daya mekanik yang dibangkitkan dalam jangkar

  I

  2 R = rugi-rugi Cu dalam jangkar V = E + I R _{b a a}

Contoh Soal

  1.Tegangan yang disupply ke jangkar motor yang

mempunyai tahanan jangkar 15 Ohm adalah 180 V, jika ggl

balik menghasilkan 115 V. Htiunglah arus jangkar pada motor tersebut. _{ Ia = (180-115)/15 = 4,3A}

  2.Daya yang masuk ke jangkar sebesar 300Watt, sedangkan rugi dayanya 25W, ggl balik 190V. Hitunglah arus jangkar pada motor tersebut.

   Ia = (300-25)/190 = 1,45A

Kondisi untuk Daya Maksimum

  

Gross mechanical power (daya mekanik) yang

dibangkikan oleh motor adalah P = V I - I R

m a a2 a

  Pendifferensialan kedua sisi persamaan

terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol,

memperoleh :

dP /dI = V – 2 I R = 0

m a a a

  I R = V/2 a a

  Juga V = E + I R dan I R = V/2 b a a a a

  Maka Eb = V/2

  I R = V/2 a a

  E = V/2 b

  

Dari persamaan matematis di atas terlihat bahwa daya mekanik

yang dibangkitkan oleh motor adalah maksimum jika ggl balik

(back emf) adalah sama dengan setengah dari tegangan

terpakai (V).

  

Dalam kenyataannya, kondisi ini sulit dicapai karena arus

jangkar harus melebihi arus beban normal. Lebih dari itu

setengah dari tegangan terpakai (V/2) harus hilang dalam

bentuk panas (mungkin juga dalam bentuk rugi-rugi mekanik

dan magnetik), efisiensi motor akan turun di bawah 50%.

  Daya yang masuk ke jangkar sebagian hilang dalam rugi-rugi I ² R dan sisanya diubah ke dalam daya mekanik dalam jangkar.

  Perlu diingat bahwa efisiensi motor diberikan oleh rasio dari daya yang dibangkitkan oleh jangkar terhadap input, yaitu EbIa/VIa = Eb/V.

  Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb dibandingkan dengan nilai V,

  2 P = V I - I R m a a a

Contoh Soal

  1.Sebuah motor dc dengan tahanan jangkar 12 Ohm dihubungkan dengan power suplply 130V mendapat arus jangkar 2,4A. Hitunglah Gross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut. _{ Pm = (130x2,4)-(2,4 x12)=242,88W 2}

  2.Sebuah motor dc dihubungkan dengan power suplply 210V

mendapat arus jangkar 4,26A. Daya mekanik yang dibangkikan

oleh motor tersebut sebesar 352W. Hitunglah tahanan jangkar motor tersebut. ₂

  352 = 210x4,26 – 4,26 xRa 

   Ra = 29,9 Ohm

Torsi Jangkar Motor

  Bila (N-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor

Ta

  yang berputar N rps, maka daya yang dibangkitkan adalah watt

  P = T x 2 π N P = E

  I a a a b a

  Dari kedua persamaan di atas, diperoleh T x 2 π N = E _{a b a}

  I Karena E = ZN x (P/A) volt, _b 

  maka diperoleh

  T x 2 π N = ZN x (P/A) . I _{a ᶲ a}

  atau  

  N-m T ZI

    a a  

     atau

  

P

  1 P  

  

T ZI

 _{a a  } 

  P = T x 2 π N

  2 A  a a

    P

   

T , 159 ZI

   _{a a  }  A

   

Contoh Soal

  1.Bila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar 9 rps adalah 3,58Nm. Hitung daya yang dibangkitkan motor tersebut. _{1.  Pa = 3,58 x 2 (3,14) (9)=202,34W}

  2

  2.Sebuah motor 4 kutub dengan luas penampang inti 0,195m jumlah kumparan 250 lilitan. Terjadi fluks sebesar 0,19 Wb. Hitunglah Arus jangkar jika pada jangkar terjadi Torsi 185,95 Nm. _{1. Ia = (185,95).(0,195) / 0,159 (0,19) (250) (4) = 1,2 A}

  2

  3.Sebuah motor 6 kutub dengan luas penampang inti 0,25m . Pada jangkar terjadi fluks sebesar 0,0815 Wb, Arus jangkar 1,24 A dan Torsi 150,04 Nm. Hitunglah jumlah kumparan motor tersebut. _{1. Z = 150,04 (0,25) / 0,159 (0,0815) (1,24) (6) = 389 lilitan}

Torsi Poros = Shaft Torque (Tsh)

  

Tidak seluruh torsi jangkar yang dianalisa di atas dapat

melakukan kerja yang berguna, karena sebagian dari torsi tersebut digunakan untuk mensupply rugi- rugi inti dan gesekan dalam motor. Torsi yang melakukan kerja yang berguna pada motor dikenal sebagai torsi poros = shaft torque.(Tsh).

  Daya output motor diberikan oleh persamaan berikut dimana Tsh dalam N-m dan N dalam rps. Maka

  N-m; N dalam rps T 2 N x P watt sh out

    N Pout

  T sh

  

  2 watt dalam 

  60 /

  2 watt dalam N Pout

   

  N-m; N dalam rpm N Pout

  N Pout Tsh 955 ,

  2

  60   

  N-m Selisih (Ta - Tsh) dikenal sebagai torsi yang hilang

(lost torque) dan sehubungan dengan rugi-rugi inti dan gesekan pada motor. Contoh Soal

  1.Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 30W, pada kecepatan putar 2,1 rps, berapa torsi poros yang terjadi. _{1. Tsh = 30 / 2(3,14)(2,1) = 2,1 Nm}

  2.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 5,36 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 8 rps. _{1. Pout = 5,36 (2) (3,14)(8) = 269.3 W}

  3.Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 180W, pada kecepatan putar 46,5 rpm, berapa torsi poros yang terjadi. _{1. Tsh = 0,955 (180) / 46,5= 3,7 Nm}

  4.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 10,75 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 70 rpm. _{1. Pout = 10,75 (70) / 0,955 = 787,96 W}

  5.Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 3,68 Nm. Daya outputnya 128W. Berapa rpm kecepatan putarnya ? _{1. N= 0,955(128)/(3,68) =33,22 rpm}

Kecepatan Motor DC

  

  Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau

  E N 

  

/

b

  rpm

  E K N 

   b

  rpm atau

  

  60

  N ^b

  ZP A x E

  Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh

_{a a a a b}

R

  I V A P R

    

  Karena V - IaRa = Eb, maka

   rpm

  

60

  I V N ^{a a}

  ZP A x R

     

  maka diperoleh    

  

  60 ZN atau

        

  I V E   

    

Untuk motor DC seri

  2   x E

    

  

I

I x E E

  I _a ^a _b ^b

  N N maka

  2 ^{1 1 2 1 2 a}

   sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

  E N N b b

   

  Bila N ₁ = kecepatan

  2

  1

  1

  2

  Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperoleh

  I _a2 = arus jangkar dalam kasus kedua ₂ = fluksi per kutub

  I _a1 = arus jangkar dalam kasus pertama ₁ = fluksi per kutub dan N ₂ = kecepatan

  1

Untuk motor shunt

  Dalam kasus yang sama seperti motor seri di atas, penggunaan persamaan juga sama, yaitu N E

   2 b

  2

  1 x

   N Eb

  1 

  1

  2 N E 2 b

  2 , maka

     

  2

  N E 1 b

  1 Dari persamaan di atas, terlihat bahwa semakin cepat putaran motor, Semakin besar ggl yang terinduksi.

  

Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited

  Jika arus medan disuplai dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

Regulasi Kecepatan

  Regulasi kecepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan ketika beban

  pada motor direduksi dari nilai tertentu (rating) ke nol, dinyatakan dalam persen kecepatan berbeban.

  N.L. speed F.L - speed % regulasi kecepatan

  x 100

   F.L speed

Torsi dan Kecepatan Motor DC

  Telah dibuktikan dari analisa matematis di atas bahwa torsi motor merupakan fungsi fluksi dan arus jangkar, tapi tidak bergantung pada kecepatan. Dalam kenyataan, putaran bergantung pada torsi tapi tidak sebaliknya.

  V I R E

   _{a a b}

  N K K

     

  T

  I  

Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt

  Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar berikut. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Motor DC berpenguatan sendiri: motor seri

  Dalam motor seri, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 10. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002): Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM

  Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

  Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan

  torque penyalaan awal yang tinggi,

  seperti derek dan alat pengangkat

  hoist

Motor DC Kompon/Gabungan

  Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut, sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini.

  Motor kompon digunakan ketika diperlukan kecepatan yang cenderung konstan dengan beban tak beraturan, misalnya mesin cetak, mesin potong dan mesin torak.

E E

   ^{b E K} N  s s

  E N E N k     

   s b

  Ward – Leonard speed control system

Steel mills, high-rise elevators, mines & paper ,mills x s

  I

  1 N

  E 1 N N k       

    s b

  E E