TUGAS MESIN DC SISTEM PENGATURAN KECEPAT
TUGAS MESIN DC
SISTEM PENGATURAN KECEPATAN PUTARAN PADA
MOTOR DC(BERBASIS TRANSISTOR)
Disusun Oleh :
Dicky Oscar Novrian
NIM : 21060115060033
Nina Ayuningtyas
NIM : 21060115060034
Tri Wibowo
NIM : 21060115060035
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2016
Kata Pengantar
Assalamu Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Segala puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan
hidayatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul “Sistem
Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor DC” yang diajukan sebagai salah satu tugas untuk
menyelesakan mata kuliah Mesin DC.
Penyusun menyadari bahwa penyusunan makalah ini tidak akan mungkin terwujud
tanpa bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu kami menyampaikan banyak
terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah
inimulai dari penyusunan makalah ini hingga selesainya.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan
baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan
terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ini.
Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan mutu pendidikan di
masa yang akan datang amin.
Wassalamu alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Semarang, 29 November2016
Penyusun,
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.............................................................................................2
DAFTAR ISI............................................................................................................3
BAB I : PENDAHULUAN .....................................................................................4
A.Latar Belakang Masalah ....................................................................................4
B. Tujuan .................................................................................................................4
C. Rumusan Masalah ..............................................................................................5
D. Manfaat ...............................................................................................................5
BAB II : PEMBAHASAN ......................................................................................6
A. Motor DC ...........................................................................................................6
B. Prinsip Kerja ....................................................................................................10
C. Jenis-Jenis Motor DC .................................................................................................10
D. Aplikasi Motor DC ..............................................................................................13
E.Laporan Percobaan ..........................................................................................14
BAB III : Penutup .................................................................................................17
A. Kesimpulan .......................................................................................................17
B. Daftar Pustaka ..................................................................................................18
3
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor
DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang
disebut AC Shunt Motor. Motor DC telah memunculkan kembali Silicon Controller
Rectifier yang digunakan untuk memfasilitasi kontrol kecepatan pada motor. Mesin
listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut
terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik
merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa,
fan atau blower, menggerakan kompresor dan mengangkat bahan. Motor
listrikdigunakan juga di rumah (mixer, borlistrik, fanangin) dan di industri. Motor
listrikterkadangdisebut “kudakerja” nyaindustrisebabdiperkirakanbahwa motor-motor
menggunakansekitar 70% beban listrik total di industri. Sedangkan untuk motor DC
itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan
kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor DC kumparan
medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor
(bagian yang berputar). Motor DC sering dimanfaatkan sebagai penggerak pintu geser
otomatis dan dalam rangkaian robot sederhana. Motor DC memiliki manfaat yang
sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari dan dalam dunia industri. Motor DC
memudahkan pekerjaan sehingga proses industri dapat berjalan efisien. Semakin
banyak inustri yang berkembang, maka akan semakin banyak mesin yang digunakan.
Semakin banyak mesin yang digunakan, maka semakin banyak penggunaan motor
DC. Oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui dan mengerti pengertian motor
DC, prinsip kerja, jenis-jenis motor DC, aplikasi dan perhitungan motor DC.
B. Tujuan
1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan motor DC.
2. Mengetahui prinsip dan cara kerja motor DC.
3. Mengetahui jenis-jenis motor DC.
4. Mengetahui aplikasi dari penggunaan motor DC.
5. Untuk Mengetahui Komponen yang ada pada Sistem Pengaturan Kecepatan
Putaran pada Motor DC
4
6. Untuk Mengetahui Tegangan yang Masuk dan Keluar pada Sistem Pengaturan
Kecepatan Motor DC
7. Untuk Mengetahui Kecepatan Putaran pada Motor DC
8. Untuk Mengetahui Cara Kerja Sistem Pengaturan pada Kecepatan Putaran Motor
DC
C. Rumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan motor DC?
2. Apa prinsip dan cara kerja dari motor DC ?
3. Apa jenis-jenis dari motor DC?
4. Apa aplikasi dari penggunaan motor DC?
5. Apa saja yang mempengaruhi Kecepatan pada Motor DC?
6. Bagaimana Cara Kerja Sistem Pengaturan pada Kecepatan Putaran Motor DC?
7. Komponen Apa saja yang ada pada Sistem Pengaturan Kecepatan Putaran Motor DC?
8. Berapa Tegangan yang Masuk dan Keluar pada Sistem Pengaturan Kecepatan Putaran
Motor DC?
D. Manfaat
1. Agar lebih memahami tentang Motor DC dan Kecepatan Putarannya.
2. Agar lebih tahu tentang komponen apa saja yang ada pada Sistem Pengaturan
Kecepatan Putaran Motor DC.
5
BAB II
PEMBAHASAN
A. Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis
motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui
penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor
DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan
otomotif.
Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan
jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet
permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari
sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari
komutator, yaitu sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini
dimaksudkan agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan api.
Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh
terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada satu sumber
arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di
bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan adanya fluks stator dan
arus rotor akan menghasilkan satu gaya F bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya
Lorentz. Arah Fmenghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan
jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari
sumber suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa
arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar secara
kontinyu.
Komponen-komponen yang terdapat pada motor DC yaitu:
1.
Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan
perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo
yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana
memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi
membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor
yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet
menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
6
2.
Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk
menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi.
Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.
3.
Komutator
Komponeniniterdapatpada
motor
DC
danberfungsiuntukmembalikkanaraharuslistrikdalamkumparanjangkar.
Komutatorjugamembantudalamtransmisiarusantarakumparanjangkardansalurandaya.
Berdasarkan penguatannya, motor arus searah dapat diklasifikasi-kan menjadi motor
DC penguatan terpisah dan penguatan sendiri (self excited). Motor-motor pada masingmasing kelompok memiliki karakteristik kecepatan-torsi yang berbeda.
1.
Motor DC magnet permanen
Kumparan medan berupa magnet permanen, sehingga medan magnet yang dihasilkan
berupa fluks magnetik konstan. Oleh karena fluks magnetik konstan, maka arus medan yang
dihasilkan juga konstan.
2.
Motor DC penguatterpisah
Kumparan medan dibentuk dari sejumlah besar kumparan dengan penampang kawat
yang kecil. Kumparan medan tipe ini dirancang untuk tahan bekerja dengan tegangan
nominal motor. Arus medan dan arus jangkar dipasok dari sumber yang berbeda.
3.
Motor DC shunt / parallel
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan
terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk
menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan
penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya
konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang).
Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal
yang rendah, seperti peralatan mesin.
4.
Motor DC seri
Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Oleh karena itu,
arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal, arus starting pada motor DC
jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat menjalankan motor harus disertai beban
sebab apabila tanpa beban motor akan mempercepat tanpa terkendali. Kumparan medan
7
terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan penampang kawat yang besar. Tipe demikian
dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung seri/deret dengan kumparan rotor.
Motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang
tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.
5.
Motor DC kompon/campuran
Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri
danshunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan
seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki torsi
penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase
penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka
semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yangdapat ditangani.
Penggunaan motor DC dewasa ini sudah sangatlah umum, salah satu kelebihan motor
DC adalah relatif gampang didapat dan mudah diatur kecepatan putarnya. Secara umum
pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog.
Dasar metode pengendalian motor DC sebagai berikut :
1. Pengaturan medan.
2. Pengaturan tegangan.
3. Pengaturan tahanan jangkar.
1. Pengaturan Medan
Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan arus medan shunt dengan
melemahkan dan menaikkan melalui pengaturan tahanan variabel yang di hubungkan
8
seri dengan kumparan medan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Rangkaian pengaturan Medan pada Motor DC
2. Pengaturan Tegangan Pengaturan ini dilakukan dengan mengatur tegangan yang
disuplai ke motor
Gambar 2.2. Rangkaian Pengaturan Tegangan pada Motor DC
9
3. Pengaturan Tahanan Jangkar Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan
tahanan jangkar dengan menghubungkan seri dengan tahanan variabel seperti
ditunjukkan pada
Gambar 2.3. Rangkaian Pengaturan Tahanan Jangkar Pada Motor DC
10
Prinsip Dasar Cara Kerja
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan
magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus
mengelilingi konduktor dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar Medan Magnet Yang Membawa Arus Mengelilingi Konduktor
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar
konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah
aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar diatas
menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk
U. Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada
konduktor tersebut. Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub
uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan
magnet kutub.
Gambar Reaksi Garis Fluks
11
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped
conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan
konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan
medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk
keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan
menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor.
Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut.
Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka
kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada
arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga
putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan
elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan
magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik
menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet,
dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan
energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut
dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
12
Gambar Prinsip Kerja Motor DC
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan
sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan
memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan
perputaran pada motor.
Prinsip Arah Putaran Motor
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub
magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika
medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat
jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya
sama dengan F. Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam
pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan
bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.
13
Aplikasi Motor DC
Motor listrik ditemukan dalam aplikasi yang beragam seperti industri, blower kipas
dan pompa, peralatan mesin, peralatan rumah tangga, alat-alat listrik, dan disk drive. Mereka
mungkin didukung oleh (misalnya, perangkat portabel bertenaga baterai atau kendaraan
bermotor) langsung saat ini, atau dengan arus bolak-balik dari kotak distribusi sentral listrik.
Motor terkecil dapat ditemukan pada jam tangan listrik. Menengah dimensi motor sangat
standar dan karakteristik menyediakan tenaga mesin nyaman untuk kegunaan industri. Motor
listrik sangat terbesar digunakan untuk penggerak kapal, kompresor pipa, dan pompa air
dengan peringkat dalam jutaan watt. Motor listrik dapat diklasifikasikan oleh sumber tenaga
listrik, dengan konstruksi internal, dengan aplikasi, atau dengan jenis gerakan yang diberikan.
Untuk motor DC sendiri sudah banyak digunakan dalam berbagai bidang teknologi,
a.
antara lain :
Aplikasi motor DC sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring
ruangan penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 30. Penggerak pintu
pada sistem penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring penyimpanan database
menggunakan PLC omron CPM1A I/O 20 yang digunakan adalah motor DC. Untuk
menggerakkan motor DC diperlukan driver motor DC yaitu driver H-Bridge yang digunakan
untuk mengatur motor agar dapat berputar dalam dua arah yaitu forward (searah jarum jam)
dan Reverse(berlawanan arah jarum jam). Berputarnya motor DC juga dipengaruhi oleh
terhalang tidaknya sensor IR pada pintu. Ketika sensor IR terhalangi maka motor akan
membalik putarannya sehingga akan membuka pintu. Jika pintu dibuka secara paksa maka
b.
alarm akan menyala dikarenakan sensor IR terhalangi oleh benda.
Aplikasi motor DC menggunakan paralel port dalam rangkaian robot sederhana.
Motor DC dapat dikendalikan komputer (PC) melalui paralel port. Untuk dapat
mengendalikannya, motor DC perlu dihubungkan sedemikian rupa dengan relay, transistor,
dan resistor. Pengembangan dari rangkaian pengendali motor DC ini dapat berupa sebuah
robot berjalan. Pada robot ini digunakan dua buah motor DC dan empat buah roda, dua roda
untuk sisi, dimana tiap motor DC dihubungkan dengan roda depan. Sehingga roda
penggeraknya berada di roda depan.
14
LangkahPercobaan
1.
Buatlah rangkaiansesuaidenganGambar 1
Gambar1. RangkaianPengendaliKecepatan Motor DC
2.
Motor DC akan berputar setelah dihubungkan dengan suply DC sampai putaran mendekati
150 Rpm
3.
4.
Setting untuk mengatur posisi potensiometer sebagai pengatur tegangan.
Ukurlahkeluarankecepatan motor, kemudian catat hasilnya pada tabel data hasil
pengukuran.
+88.8
BAT1
15V
Volts
RV1
R1
Q1
D1
2N3055
1N4004
100R
2K
Q2
2N3055
D2
470R
1N4004
+88.8
R2
15
+6.06
Volts
BAT1
RV1
15V
Q1
R1
D1
2N3055
1N4004
100R
2K
Q2
2N3055
D2
470R
1N4004
+151
R2
Tabel Hasil Pengukuran
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10
.
11.
12
.
13
.
14
.
15
.
Vin
1 Volt
2 Volt
3 Volt
4 Volt
5 Volt
6 Volt
7 Volt
8 Volt
9 Volt
RPM
0
0,99
15,55
34,5
54,0
73,8
93,8
114
134
10 Volt
154
11 Volt
174
12 Volt
194
13 Volt
214
14 Volt
234
15 Volt
255
16
Analisa Data
Rangkaian pengatur kecepatan motor DC tersebut terbagi dalam 2 buah transistor, suatu
potensiometer dan dua buah dioda. Transistor pada rangkaian pengatur kecepatan putaran
motor DC dirangkaian dengan cara darlinton untuk memasimalkan supply arus dan
tegangan/voltage ke motor DC. Skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC
tersebut adalah driver motor DC jenis emitor follower. Rangkaian pengatur kecepatan motor
DC di atas akan mengatur kecepatan putaran motor DC dari tuas potensiometer VR1 2 KOhm
yang berperan untuk memberikan tegangan/voltage bias basis transistor dengan tipe Q1
2N3053 yg setelah itu dikonfigurasikan dengan cara darlinton dengan transistor dengan tipe
Q2 2N3055 hingga transistor dengan tipe Q2 tersebut On sesuai tegangan/voltage bias yang
didapatkan dari potensiometer dan motor DC memperoleh supply tegangan/voltage lewat
transistor Q2.
17
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Dari makalah yang sudah dipaparkan di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.
Motor DC merupakan alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik
putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC
2.
dapat difungsikan sebagai motor DC.
Jenis-jenis motor DC yaitu motor DC penguat terpisah dan motor DC dengan penguat
3.
sendiri yang terbagi lagi menjadi motor DC Shunt, Seri, dan Kompon.
Aplikasi dari motor DC yaitu antara lain sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi
sistem monitoring ruangan penyimpanan database. Selain itu juga dalam rangkaian robot
4.
sederhana
Dari hasil percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan/voltage bias
basis yang diberikan lewat potensiometer VR1 maka semakin besar pula arus dan
tegangan/voltage yg dialirkan ke motor DC lewat Q2, sehingga makin cepat juga kecepatan
putaran motor DC itu. Di skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC di atas ada
2 buah dioda Dioda 1 & Dioda 2 1n4004 yg keduanya berperan sebagai sumber untuk
membuat tegangan/voltage induksi dari motor DC.
18
DAFTAR PUSTAKA
http://daufwidiatmoko.blogspot.co.id/2014/04/pengaturan-kecepatan-motor-dc-dengan.html
http://teorick.blogspot.co.id/2012/10/prinsip-kerja-motor-dc.html
http://zonaelektro.net/motor-dc/
19
SISTEM PENGATURAN KECEPATAN PUTARAN PADA
MOTOR DC(BERBASIS TRANSISTOR)
Disusun Oleh :
Dicky Oscar Novrian
NIM : 21060115060033
Nina Ayuningtyas
NIM : 21060115060034
Tri Wibowo
NIM : 21060115060035
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRO
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2016
Kata Pengantar
Assalamu Alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Segala puji dan syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT, atas rahmat dan
hidayatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul “Sistem
Pengaturan Kecepatan Putaran Pada Motor DC” yang diajukan sebagai salah satu tugas untuk
menyelesakan mata kuliah Mesin DC.
Penyusun menyadari bahwa penyusunan makalah ini tidak akan mungkin terwujud
tanpa bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu kami menyampaikan banyak
terima kasih kepada semua pihak yang telah berkontribusi dalam pembuatan makalah
inimulai dari penyusunan makalah ini hingga selesainya.
Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan
baik dari segi susunan kalimat maupun tata bahasanya. Oleh karena itu dengan tangan
terbuka kami menerima segala saran dan kritik dari pembaca agar kami dapat memperbaiki
makalah ini.
Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan mutu pendidikan di
masa yang akan datang amin.
Wassalamu alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Semarang, 29 November2016
Penyusun,
2
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.............................................................................................2
DAFTAR ISI............................................................................................................3
BAB I : PENDAHULUAN .....................................................................................4
A.Latar Belakang Masalah ....................................................................................4
B. Tujuan .................................................................................................................4
C. Rumusan Masalah ..............................................................................................5
D. Manfaat ...............................................................................................................5
BAB II : PEMBAHASAN ......................................................................................6
A. Motor DC ...........................................................................................................6
B. Prinsip Kerja ....................................................................................................10
C. Jenis-Jenis Motor DC .................................................................................................10
D. Aplikasi Motor DC ..............................................................................................13
E.Laporan Percobaan ..........................................................................................14
BAB III : Penutup .................................................................................................17
A. Kesimpulan .......................................................................................................17
B. Daftar Pustaka ..................................................................................................18
3
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor
DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang
disebut AC Shunt Motor. Motor DC telah memunculkan kembali Silicon Controller
Rectifier yang digunakan untuk memfasilitasi kontrol kecepatan pada motor. Mesin
listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut
terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik
merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa,
fan atau blower, menggerakan kompresor dan mengangkat bahan. Motor
listrikdigunakan juga di rumah (mixer, borlistrik, fanangin) dan di industri. Motor
listrikterkadangdisebut “kudakerja” nyaindustrisebabdiperkirakanbahwa motor-motor
menggunakansekitar 70% beban listrik total di industri. Sedangkan untuk motor DC
itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan
kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor DC kumparan
medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor
(bagian yang berputar). Motor DC sering dimanfaatkan sebagai penggerak pintu geser
otomatis dan dalam rangkaian robot sederhana. Motor DC memiliki manfaat yang
sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari dan dalam dunia industri. Motor DC
memudahkan pekerjaan sehingga proses industri dapat berjalan efisien. Semakin
banyak inustri yang berkembang, maka akan semakin banyak mesin yang digunakan.
Semakin banyak mesin yang digunakan, maka semakin banyak penggunaan motor
DC. Oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui dan mengerti pengertian motor
DC, prinsip kerja, jenis-jenis motor DC, aplikasi dan perhitungan motor DC.
B. Tujuan
1. Mengetahui apa yang dimaksud dengan motor DC.
2. Mengetahui prinsip dan cara kerja motor DC.
3. Mengetahui jenis-jenis motor DC.
4. Mengetahui aplikasi dari penggunaan motor DC.
5. Untuk Mengetahui Komponen yang ada pada Sistem Pengaturan Kecepatan
Putaran pada Motor DC
4
6. Untuk Mengetahui Tegangan yang Masuk dan Keluar pada Sistem Pengaturan
Kecepatan Motor DC
7. Untuk Mengetahui Kecepatan Putaran pada Motor DC
8. Untuk Mengetahui Cara Kerja Sistem Pengaturan pada Kecepatan Putaran Motor
DC
C. Rumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan motor DC?
2. Apa prinsip dan cara kerja dari motor DC ?
3. Apa jenis-jenis dari motor DC?
4. Apa aplikasi dari penggunaan motor DC?
5. Apa saja yang mempengaruhi Kecepatan pada Motor DC?
6. Bagaimana Cara Kerja Sistem Pengaturan pada Kecepatan Putaran Motor DC?
7. Komponen Apa saja yang ada pada Sistem Pengaturan Kecepatan Putaran Motor DC?
8. Berapa Tegangan yang Masuk dan Keluar pada Sistem Pengaturan Kecepatan Putaran
Motor DC?
D. Manfaat
1. Agar lebih memahami tentang Motor DC dan Kecepatan Putarannya.
2. Agar lebih tahu tentang komponen apa saja yang ada pada Sistem Pengaturan
Kecepatan Putaran Motor DC.
5
BAB II
PEMBAHASAN
A. Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis
motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui
penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor
DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan
otomotif.
Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan
jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet
permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari
sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari
komutator, yaitu sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini
dimaksudkan agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan api.
Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh
terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada satu sumber
arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di
bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan adanya fluks stator dan
arus rotor akan menghasilkan satu gaya F bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya
Lorentz. Arah Fmenghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan
jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari
sumber suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa
arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar secara
kontinyu.
Komponen-komponen yang terdapat pada motor DC yaitu:
1.
Kutub Medan
Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan
perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo
yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana
memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi
membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor
yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet
menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.
6
2.
Rotor
Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi
elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk
menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang
dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi.
Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.
3.
Komutator
Komponeniniterdapatpada
motor
DC
danberfungsiuntukmembalikkanaraharuslistrikdalamkumparanjangkar.
Komutatorjugamembantudalamtransmisiarusantarakumparanjangkardansalurandaya.
Berdasarkan penguatannya, motor arus searah dapat diklasifikasi-kan menjadi motor
DC penguatan terpisah dan penguatan sendiri (self excited). Motor-motor pada masingmasing kelompok memiliki karakteristik kecepatan-torsi yang berbeda.
1.
Motor DC magnet permanen
Kumparan medan berupa magnet permanen, sehingga medan magnet yang dihasilkan
berupa fluks magnetik konstan. Oleh karena fluks magnetik konstan, maka arus medan yang
dihasilkan juga konstan.
2.
Motor DC penguatterpisah
Kumparan medan dibentuk dari sejumlah besar kumparan dengan penampang kawat
yang kecil. Kumparan medan tipe ini dirancang untuk tahan bekerja dengan tegangan
nominal motor. Arus medan dan arus jangkar dipasok dari sumber yang berbeda.
3.
Motor DC shunt / parallel
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan
terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk
menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan
penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya
konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang).
Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal
yang rendah, seperti peralatan mesin.
4.
Motor DC seri
Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Oleh karena itu,
arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal, arus starting pada motor DC
jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat menjalankan motor harus disertai beban
sebab apabila tanpa beban motor akan mempercepat tanpa terkendali. Kumparan medan
7
terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan penampang kawat yang besar. Tipe demikian
dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung seri/deret dengan kumparan rotor.
Motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang
tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.
5.
Motor DC kompon/campuran
Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri
danshunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan
seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki torsi
penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase
penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka
semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yangdapat ditangani.
Penggunaan motor DC dewasa ini sudah sangatlah umum, salah satu kelebihan motor
DC adalah relatif gampang didapat dan mudah diatur kecepatan putarnya. Secara umum
pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog.
Dasar metode pengendalian motor DC sebagai berikut :
1. Pengaturan medan.
2. Pengaturan tegangan.
3. Pengaturan tahanan jangkar.
1. Pengaturan Medan
Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan arus medan shunt dengan
melemahkan dan menaikkan melalui pengaturan tahanan variabel yang di hubungkan
8
seri dengan kumparan medan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Rangkaian pengaturan Medan pada Motor DC
2. Pengaturan Tegangan Pengaturan ini dilakukan dengan mengatur tegangan yang
disuplai ke motor
Gambar 2.2. Rangkaian Pengaturan Tegangan pada Motor DC
9
3. Pengaturan Tahanan Jangkar Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengaturan
tahanan jangkar dengan menghubungkan seri dengan tahanan variabel seperti
ditunjukkan pada
Gambar 2.3. Rangkaian Pengaturan Tahanan Jangkar Pada Motor DC
10
Prinsip Dasar Cara Kerja
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Arah medan
magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor. Medan magnet yang membawa arus
mengelilingi konduktor dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar Medan Magnet Yang Membawa Arus Mengelilingi Konduktor
Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di sekitar
konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah pada arah
aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar diatas
menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena bentuk
U. Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada
konduktor tersebut. Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub
uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan
magnet kutub.
Gambar Reaksi Garis Fluks
11
Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped
conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan
konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan
medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk
keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan
menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor.
Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat tersebut.
Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum jam.
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop, maka
kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada
arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga
putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan
elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan
magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik
menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet,
dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan
energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut
dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
12
Gambar Prinsip Kerja Motor DC
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan
sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan
memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan
perputaran pada motor.
Prinsip Arah Putaran Motor
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri. Kutub-kutub
magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika
medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus searah dengan empat
jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya
sama dengan F. Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam
pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan
bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.
13
Aplikasi Motor DC
Motor listrik ditemukan dalam aplikasi yang beragam seperti industri, blower kipas
dan pompa, peralatan mesin, peralatan rumah tangga, alat-alat listrik, dan disk drive. Mereka
mungkin didukung oleh (misalnya, perangkat portabel bertenaga baterai atau kendaraan
bermotor) langsung saat ini, atau dengan arus bolak-balik dari kotak distribusi sentral listrik.
Motor terkecil dapat ditemukan pada jam tangan listrik. Menengah dimensi motor sangat
standar dan karakteristik menyediakan tenaga mesin nyaman untuk kegunaan industri. Motor
listrik sangat terbesar digunakan untuk penggerak kapal, kompresor pipa, dan pompa air
dengan peringkat dalam jutaan watt. Motor listrik dapat diklasifikasikan oleh sumber tenaga
listrik, dengan konstruksi internal, dengan aplikasi, atau dengan jenis gerakan yang diberikan.
Untuk motor DC sendiri sudah banyak digunakan dalam berbagai bidang teknologi,
a.
antara lain :
Aplikasi motor DC sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring
ruangan penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 30. Penggerak pintu
pada sistem penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring penyimpanan database
menggunakan PLC omron CPM1A I/O 20 yang digunakan adalah motor DC. Untuk
menggerakkan motor DC diperlukan driver motor DC yaitu driver H-Bridge yang digunakan
untuk mengatur motor agar dapat berputar dalam dua arah yaitu forward (searah jarum jam)
dan Reverse(berlawanan arah jarum jam). Berputarnya motor DC juga dipengaruhi oleh
terhalang tidaknya sensor IR pada pintu. Ketika sensor IR terhalangi maka motor akan
membalik putarannya sehingga akan membuka pintu. Jika pintu dibuka secara paksa maka
b.
alarm akan menyala dikarenakan sensor IR terhalangi oleh benda.
Aplikasi motor DC menggunakan paralel port dalam rangkaian robot sederhana.
Motor DC dapat dikendalikan komputer (PC) melalui paralel port. Untuk dapat
mengendalikannya, motor DC perlu dihubungkan sedemikian rupa dengan relay, transistor,
dan resistor. Pengembangan dari rangkaian pengendali motor DC ini dapat berupa sebuah
robot berjalan. Pada robot ini digunakan dua buah motor DC dan empat buah roda, dua roda
untuk sisi, dimana tiap motor DC dihubungkan dengan roda depan. Sehingga roda
penggeraknya berada di roda depan.
14
LangkahPercobaan
1.
Buatlah rangkaiansesuaidenganGambar 1
Gambar1. RangkaianPengendaliKecepatan Motor DC
2.
Motor DC akan berputar setelah dihubungkan dengan suply DC sampai putaran mendekati
150 Rpm
3.
4.
Setting untuk mengatur posisi potensiometer sebagai pengatur tegangan.
Ukurlahkeluarankecepatan motor, kemudian catat hasilnya pada tabel data hasil
pengukuran.
+88.8
BAT1
15V
Volts
RV1
R1
Q1
D1
2N3055
1N4004
100R
2K
Q2
2N3055
D2
470R
1N4004
+88.8
R2
15
+6.06
Volts
BAT1
RV1
15V
Q1
R1
D1
2N3055
1N4004
100R
2K
Q2
2N3055
D2
470R
1N4004
+151
R2
Tabel Hasil Pengukuran
No
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10
.
11.
12
.
13
.
14
.
15
.
Vin
1 Volt
2 Volt
3 Volt
4 Volt
5 Volt
6 Volt
7 Volt
8 Volt
9 Volt
RPM
0
0,99
15,55
34,5
54,0
73,8
93,8
114
134
10 Volt
154
11 Volt
174
12 Volt
194
13 Volt
214
14 Volt
234
15 Volt
255
16
Analisa Data
Rangkaian pengatur kecepatan motor DC tersebut terbagi dalam 2 buah transistor, suatu
potensiometer dan dua buah dioda. Transistor pada rangkaian pengatur kecepatan putaran
motor DC dirangkaian dengan cara darlinton untuk memasimalkan supply arus dan
tegangan/voltage ke motor DC. Skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC
tersebut adalah driver motor DC jenis emitor follower. Rangkaian pengatur kecepatan motor
DC di atas akan mengatur kecepatan putaran motor DC dari tuas potensiometer VR1 2 KOhm
yang berperan untuk memberikan tegangan/voltage bias basis transistor dengan tipe Q1
2N3053 yg setelah itu dikonfigurasikan dengan cara darlinton dengan transistor dengan tipe
Q2 2N3055 hingga transistor dengan tipe Q2 tersebut On sesuai tegangan/voltage bias yang
didapatkan dari potensiometer dan motor DC memperoleh supply tegangan/voltage lewat
transistor Q2.
17
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Dari makalah yang sudah dipaparkan di atas dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1.
Motor DC merupakan alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik
putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator atau sebaliknya generator DC
2.
dapat difungsikan sebagai motor DC.
Jenis-jenis motor DC yaitu motor DC penguat terpisah dan motor DC dengan penguat
3.
sendiri yang terbagi lagi menjadi motor DC Shunt, Seri, dan Kompon.
Aplikasi dari motor DC yaitu antara lain sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi
sistem monitoring ruangan penyimpanan database. Selain itu juga dalam rangkaian robot
4.
sederhana
Dari hasil percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan/voltage bias
basis yang diberikan lewat potensiometer VR1 maka semakin besar pula arus dan
tegangan/voltage yg dialirkan ke motor DC lewat Q2, sehingga makin cepat juga kecepatan
putaran motor DC itu. Di skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC di atas ada
2 buah dioda Dioda 1 & Dioda 2 1n4004 yg keduanya berperan sebagai sumber untuk
membuat tegangan/voltage induksi dari motor DC.
18
DAFTAR PUSTAKA
http://daufwidiatmoko.blogspot.co.id/2014/04/pengaturan-kecepatan-motor-dc-dengan.html
http://teorick.blogspot.co.id/2012/10/prinsip-kerja-motor-dc.html
http://zonaelektro.net/motor-dc/
19