TEKNIK TENAGA LISTRIK MOTOR ARUS SEARAH
TEKNIK TENAGA LISTRIK
(MOTOR ARUS SEARAH)
Oleh
NAMA
: AJI BAGUS PRASETIO
NIM
: 120120010
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
2014
MOTOR ARUS SEARAH
1. PENDAHULUAN
Teknik Tenaga Listrik(TTL) ialah ilmu yang mempelajari sifat dan pemakaian piranti(alat)
yang azas kerjanya berdasarkan aliran elektron dalam benda padat atau aliran elektron dalam
konduktor.
Dewasa ini tenaga listrik memegang peranan utama dalam kehidupan sehari-hari, khususnya
dalam bidang industri dan pabrik yakni sebagai tenaga penggerak mesin-mesin produksi, penerangan
dan sebagainya.
Disamping itu dalam kehidupan rumah tangga yang sudah terjangkau oleh jaringan listrik,
energi atau tenaga listrik ini sudah mulai dirasakan sebagai salah satu kebutuhan pokok disamping
kebutuhan sandang, pangan dan papan.
Dalam teknik tenaga listrik ataupun dalam elektro teknik dikenal dua macam arus :
1. Arus searah (Direct Current = DC)
2. Arus bolak-balik atau Arus Rangga (Alternating Current = AC)
Motor arus searah pada zaman dahulu sebelum dikenal motor arus bolak-balik, banyak
digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanik berupa kecepatan atau perputaran, baik untuk mesinmesin produksi di pabrik dan di industri maupun untuk traksi, tram listrk dan sebagainya. Untuk
traksi, tram listrik sampai sekarang masih banyak mempergunakan motor arus searah, demikian pula
untuk strat awal dari mobil. Dan rangkai peralatan elektronik.
Berdasarkan karakteristiknya, maka motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan
putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih
banyak dipergunakan pada pabrik dan industri seperti pabrik kertas, tekstil, dan pabrik-pabrik yang
mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas. Konstruksi motor arus searah, yakni
sama dengan konstruksi generator arus searah, hanya perbedaanya pada prinsip kerjanya, sehingga
satu perangkat mesin arus searah dapatberfungsi sebagai generator maupun sebagai motor.
1.1 Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau
blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah
(mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya
industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di
industri.
1.2 Bagaimana sebuah motor bekerja
Prinsip kerja motor searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus ditempatkan
dalam suatu medan magnet maka penghantar tersebut akan mengalami gaya.
Gaya menimbulkan torsi yang akan mengahsilkan rotasi mekanik, sehingga motor akan
berputar. Jadi, motor arus searah ini menerima sumber arus searah dari jala-jala kemudian dirubah
menjadi energi mekanik berupa perputaran, yang nantinya dipakai oleh peralatan lain.
Motor ini memiliki medan Penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus
jangkar untuk motor jenis ini lebih besar dari pada arus jangkar pada kumparan jangkar untuk motor
jenis shunt, selain itu kumparan Ns lebih sedikit. Tahanan Rf lebih kecil, ini disebabkan tahanan
tersebut merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit.
Pada waktu start bisa memberi momen yang besar dengan arus start yang rendah juga dapat
memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus start yang rendah juga dapat memberi
perubahan kecepatan atau beban dengan arus kecil dibandingkan motor tipe lain, tetapi kecepatan
akan lebih besar bila beban rendah atau bebannya ringan dan dalam hal ini pengaturan kecepatannya
bisa diatur melalui tegangan suplai.
Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik
arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor DC hampir sama
dengan generator AC, dimana perbedaannya hanya terletak dalam konversi daya. Prinsip dasarnya
adalah apabila suatu kawat berarus diletakkan diantara kutub-kutub magnet (U - S), maka pada kawat
itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat tersebut.
Gambar 2.18 Prinsip Kerja Motor DC
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (gambar 1):
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.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban
motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang
diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan
kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan
adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan
operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque
bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan
berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah
peralatan-peralatan mesin.
Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk masingmasing motor. Dibawah ini :
2. JENIS MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor.
Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan
pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak
langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan
penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan
dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana
memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar
melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau
lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari
sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo
yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus
motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik
untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus
antara dinamo dan sumber daya.
Gambar 3. Sebuah motor DC
Keuntungan utama motor DC adalah 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.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk
beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan
mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada
ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih
dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan
dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Dimana :
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Ö = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
2.1.2. Motor DC daya sendiri: motor seri
Motor ini memiliki medan Penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus
jangkar untuk motor jenis ini lebih besar dari pada arus jangkar pada kumparan jangkar untuk motor
jenis shunt, selain itu kumparan Ns lebih sedikit. Tahanan Rf lebih kecil, ini disebabkan tahanan
tersebut merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit.
Pada waktu start bisa memberi momen yang besar dengan arus start yang rendah juga dapat
memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus start yang rendah juga dapat memberi
perubahan kecepatan atau beban dengan arus kecil dibandingkan motor tipe lain, tetapi kecepatan
akan lebih besar bila beban rendah atau bebannya ringan dan dalam hal ini pengaturan kecepatannya
bisa diatur melalui tegangan suplai.
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan
dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus
dinamo. 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 (lihat Gambar 5).
(a) Kurva kecepatan terhadap torsi motor dc seri
(b) Rangkaian ekivalen dari motor dc seri
2.1.3. Penggerak arus searah (DC)
Teknologi penggerak DC merupakan bentuk tertua pengendali kecepatan listrik. Sistim
penggerak terdiri dari sebuah motor DC dan sebuah pengendali. Motor terdiri dari dinamo dan
gulungan medan. Penggulungan medan memerlukan pembanmgkitan daya DC untuk operasi motor,
biasanya dengan tegangan yang tetap dari pengendali. Sambungan dinamo dibuat melalui perakitan
sikat dan commutator.
Kecepatan motor berbanding lurus dengan tegangan yang dipergunakan. Pengendali
merupakan penyambungan rektifikasi fase control dengan sirkuit logic untuk mengendalikan tegangan
DC yang dikirim ke dinamo motor. Pengendalian kecepatan dicapai dengan mengatur tegangan ke
motor. Kadangkala sebuah tacho-generator dilibatkan untuk mencapai pengaturan kecepatan yang
baik. Tacho-generator dapat digantungkan pada motor untuk menghasilkan sinyal umpan balik
kecepatan yang digunakan dibagian dalam pengendali.
Dengan demikian, torka motor:
Motor juga mampu mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga elektrik = generator
Gaya gerak listrik (tegangan):
Tegangan EMF juga muncul ketika motor berputar dengan dayanya sendiri tapi dengan kutub yg
berlawanan dari tegangan jaringan = CEMF
Tegangan aktual yang tersedia:
Arus armature:
Hubungan laju motor & CEMF:
Motor DC memiliki regulasi laju
– kemampuan motor mempertahankan laju ketika dipasangkan beban padanya
– beban ↑→ laju C↑→EMF ↑→IA ↑→ T ↑→laju tetap
– regulasi maju dinyatakan dengan:
Motor ini memakai elektromagnet (lilitan medan) untuk membangkitkan medan magnet
Laju motor diatur dengan mengubah tegangan lilitan medan dan/atau tegangan armature
Contoh motor medan-lilitan
– rated speed = laju motor ketika dibebani sesuai dengan Hp yang dimaksud
– rated speed < laju motor ketika tanpa-beban
Konfigurasi ini menghasilkan torka awal yang besar:
2.2.1 Konstruksi Motor DC
Bagian-bagian penting dari motor DC ditunjukkan oleh gambar 2.18. Statornya mempunyai kutup
menonjol dan diteral oleh satu atau lebih kumparan medan. Pembagian fluks celah udara yang
dihasilkan oleh lilitan medan secara simetris berada di sekitar tengah kutub medan sumbu.
Gambar 2.19 Konstruksi Motor DC
Kumparan Penguat dihubungkan seri, jangkar merupakan besi laminasi yang bergerak untuk
mengurangi arus Eddy. Letak kumparan jangkar pada slot besi disebelah luar permukaan jangkar.
2.2.2 Jenis Motor DC
Ada beberapa jenis motor dc yang berada dipasaran. Motor dc dibedakan atas dua jenis, yaitu:
1. Berdasarkan sumber arus Penguat magnet
2. Berdasarkan hubungan lilitan Penguat magnet terhadap lilitan jangkar
Berdasarkan sumber arus penguat magnet, motor dc dibedakan atas:
a. Motor dc permanent magnet.
b. Motor dc Penguat terpisah, bila arus penguatan medan diperoleh dari sumber dc diluar motor.
Motor dc dengan penguatan sendiri, bila arus penguatan magnet berasal dari motor itu sendiri.
2.2.3. Karakteristik Motor DC
Untuk motor arus searah, berlaku hubungan:
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa pada motor shunt bertambahnya kopel (artinya
arus jangkar bertambah besar) mengakibatkan kecepatan (n) menurun.
Pada motor seri, bertambahnya kopel (arus) akan menyebabkan bertambahnya harga fluks
,
Karena fluks pada motor seri merupakan fungsi arus jangkar (Ia). Dari rangkaian motor seri terlihat
bahwa untuk harga arus jangkar sama dengan nol. Harga fluks juga nol, sehingga dari persamaan
terakhir diatas diperoleh harga n menuju tak terhingga.
Disini dapat dijelaskan bahwa antara putaran dengan tegangan adalah linier, sedangkan
karakteristik kopel terhadap putaran sesuai dengan keadaan beban yang membutuhkan kopel mula
yang besar. Pengaturan kecepatan memegang peranan penting dalam motor arus searah, karena motor
arus searah mempunyai karakteristik kopel-kecepatan yang menguntungkan dibandingkan dengan
motor lainnya.
Telah diketahui bahwa untuk motor arus searah dapat diturunkan rumus sebagai berikut:
2.2.4. Di bawah ini merupakan contoh dari motor DC seri :
2.2.5.Berikut ini Contoh Soal dari motor DC seri :
o Motor arus searah seri bekerja pada kecepatan 800 rpm dengan arus jal-jala 100 Amper dan
tegangan terminal 200 volt. Resistans jangkar dan resistans medan seri masing-masing 0,15
ohm dan 0,1 ohm, rugi tegangan pada sikat diabaikan. Hitung kecepatan jika motor bekerja
dengan arus jala-jala 25 Amper dan fluksnya 45% dari fluks pada waktu arus jala-jala 100
Penyelesaian :
N 1 = 800 rpm ; Eb = V t − I a R a − IR a − Rugi tegangan pada sikat
1
I a = I → Eb 1 = 230 − 100 ( 0,15 ) + 0,1) − 0 = 205 volt
E b = 230 − 25 ( 0,15 − 0,1 ) = 223 ,75 volt
2
1
0,45
Φ2 = 0,45 Φ1 →
¿
Φ1
= ¿¿
¿
Φ2
N 2 E b2 Φ1 N 2 223 ,75
1
=
x
¿
=
x
¿ N = 1940 rpm ¿¿
N 1 E b Φ2 800 205
0,45 2
1
(MOTOR ARUS SEARAH)
Oleh
NAMA
: AJI BAGUS PRASETIO
NIM
: 120120010
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MALIKUSSALEH
2014
MOTOR ARUS SEARAH
1. PENDAHULUAN
Teknik Tenaga Listrik(TTL) ialah ilmu yang mempelajari sifat dan pemakaian piranti(alat)
yang azas kerjanya berdasarkan aliran elektron dalam benda padat atau aliran elektron dalam
konduktor.
Dewasa ini tenaga listrik memegang peranan utama dalam kehidupan sehari-hari, khususnya
dalam bidang industri dan pabrik yakni sebagai tenaga penggerak mesin-mesin produksi, penerangan
dan sebagainya.
Disamping itu dalam kehidupan rumah tangga yang sudah terjangkau oleh jaringan listrik,
energi atau tenaga listrik ini sudah mulai dirasakan sebagai salah satu kebutuhan pokok disamping
kebutuhan sandang, pangan dan papan.
Dalam teknik tenaga listrik ataupun dalam elektro teknik dikenal dua macam arus :
1. Arus searah (Direct Current = DC)
2. Arus bolak-balik atau Arus Rangga (Alternating Current = AC)
Motor arus searah pada zaman dahulu sebelum dikenal motor arus bolak-balik, banyak
digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanik berupa kecepatan atau perputaran, baik untuk mesinmesin produksi di pabrik dan di industri maupun untuk traksi, tram listrk dan sebagainya. Untuk
traksi, tram listrik sampai sekarang masih banyak mempergunakan motor arus searah, demikian pula
untuk strat awal dari mobil. Dan rangkai peralatan elektronik.
Berdasarkan karakteristiknya, maka motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan
putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih
banyak dipergunakan pada pabrik dan industri seperti pabrik kertas, tekstil, dan pabrik-pabrik yang
mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas. Konstruksi motor arus searah, yakni
sama dengan konstruksi generator arus searah, hanya perbedaanya pada prinsip kerjanya, sehingga
satu perangkat mesin arus searah dapatberfungsi sebagai generator maupun sebagai motor.
1.1 Dimana motor digunakan
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau
blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah
(mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya
industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di
industri.
1.2 Bagaimana sebuah motor bekerja
Prinsip kerja motor searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus ditempatkan
dalam suatu medan magnet maka penghantar tersebut akan mengalami gaya.
Gaya menimbulkan torsi yang akan mengahsilkan rotasi mekanik, sehingga motor akan
berputar. Jadi, motor arus searah ini menerima sumber arus searah dari jala-jala kemudian dirubah
menjadi energi mekanik berupa perputaran, yang nantinya dipakai oleh peralatan lain.
Motor ini memiliki medan Penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus
jangkar untuk motor jenis ini lebih besar dari pada arus jangkar pada kumparan jangkar untuk motor
jenis shunt, selain itu kumparan Ns lebih sedikit. Tahanan Rf lebih kecil, ini disebabkan tahanan
tersebut merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit.
Pada waktu start bisa memberi momen yang besar dengan arus start yang rendah juga dapat
memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus start yang rendah juga dapat memberi
perubahan kecepatan atau beban dengan arus kecil dibandingkan motor tipe lain, tetapi kecepatan
akan lebih besar bila beban rendah atau bebannya ringan dan dalam hal ini pengaturan kecepatannya
bisa diatur melalui tegangan suplai.
Motor DC atau motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik
arus searah menjadi tenaga gerak atau tenaga mekanik. Prinsip kerja dari motor DC hampir sama
dengan generator AC, dimana perbedaannya hanya terletak dalam konversi daya. Prinsip dasarnya
adalah apabila suatu kawat berarus diletakkan diantara kutub-kutub magnet (U - S), maka pada kawat
itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan kawat tersebut.
Gambar 2.18 Prinsip Kerja Motor DC
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (gambar 1):
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.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban
motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang
diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan
kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan
adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan
operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torque
bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan
berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah
peralatan-peralatan mesin.
Komponen motor listrik bervariasi untuk berbagai jenis motor, dalam bab 2 dijelaskan untuk masingmasing motor. Dibawah ini :
2. JENIS MOTOR LISTRIK
Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan motor.
Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan
pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.
2.1 Motor DC
Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak
langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan
penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan
menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan
dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana
memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar
melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau
lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari
sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo
yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus
motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub,
sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik
untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
Commutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk
membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus
antara dinamo dan sumber daya.
Gambar 3. Sebuah motor DC
Keuntungan utama motor DC adalah 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.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk
beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan
mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada
ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih
dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya.
Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan
dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:
Dimana :
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Ö = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torque electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan
2.1.2. Motor DC daya sendiri: motor seri
Motor ini memiliki medan Penguat yang dihubungkan seri dengan medan jangkar. Arus
jangkar untuk motor jenis ini lebih besar dari pada arus jangkar pada kumparan jangkar untuk motor
jenis shunt, selain itu kumparan Ns lebih sedikit. Tahanan Rf lebih kecil, ini disebabkan tahanan
tersebut merupakan bagian dari jumlah lilitan yang sedikit.
Pada waktu start bisa memberi momen yang besar dengan arus start yang rendah juga dapat
memberi perubahan kecepatan atau beban dengan arus start yang rendah juga dapat memberi
perubahan kecepatan atau beban dengan arus kecil dibandingkan motor tipe lain, tetapi kecepatan
akan lebih besar bila beban rendah atau bebannya ringan dan dalam hal ini pengaturan kecepatannya
bisa diatur melalui tegangan suplai.
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan
dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus
dinamo. 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 (lihat Gambar 5).
(a) Kurva kecepatan terhadap torsi motor dc seri
(b) Rangkaian ekivalen dari motor dc seri
2.1.3. Penggerak arus searah (DC)
Teknologi penggerak DC merupakan bentuk tertua pengendali kecepatan listrik. Sistim
penggerak terdiri dari sebuah motor DC dan sebuah pengendali. Motor terdiri dari dinamo dan
gulungan medan. Penggulungan medan memerlukan pembanmgkitan daya DC untuk operasi motor,
biasanya dengan tegangan yang tetap dari pengendali. Sambungan dinamo dibuat melalui perakitan
sikat dan commutator.
Kecepatan motor berbanding lurus dengan tegangan yang dipergunakan. Pengendali
merupakan penyambungan rektifikasi fase control dengan sirkuit logic untuk mengendalikan tegangan
DC yang dikirim ke dinamo motor. Pengendalian kecepatan dicapai dengan mengatur tegangan ke
motor. Kadangkala sebuah tacho-generator dilibatkan untuk mencapai pengaturan kecepatan yang
baik. Tacho-generator dapat digantungkan pada motor untuk menghasilkan sinyal umpan balik
kecepatan yang digunakan dibagian dalam pengendali.
Dengan demikian, torka motor:
Motor juga mampu mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga elektrik = generator
Gaya gerak listrik (tegangan):
Tegangan EMF juga muncul ketika motor berputar dengan dayanya sendiri tapi dengan kutub yg
berlawanan dari tegangan jaringan = CEMF
Tegangan aktual yang tersedia:
Arus armature:
Hubungan laju motor & CEMF:
Motor DC memiliki regulasi laju
– kemampuan motor mempertahankan laju ketika dipasangkan beban padanya
– beban ↑→ laju C↑→EMF ↑→IA ↑→ T ↑→laju tetap
– regulasi maju dinyatakan dengan:
Motor ini memakai elektromagnet (lilitan medan) untuk membangkitkan medan magnet
Laju motor diatur dengan mengubah tegangan lilitan medan dan/atau tegangan armature
Contoh motor medan-lilitan
– rated speed = laju motor ketika dibebani sesuai dengan Hp yang dimaksud
– rated speed < laju motor ketika tanpa-beban
Konfigurasi ini menghasilkan torka awal yang besar:
2.2.1 Konstruksi Motor DC
Bagian-bagian penting dari motor DC ditunjukkan oleh gambar 2.18. Statornya mempunyai kutup
menonjol dan diteral oleh satu atau lebih kumparan medan. Pembagian fluks celah udara yang
dihasilkan oleh lilitan medan secara simetris berada di sekitar tengah kutub medan sumbu.
Gambar 2.19 Konstruksi Motor DC
Kumparan Penguat dihubungkan seri, jangkar merupakan besi laminasi yang bergerak untuk
mengurangi arus Eddy. Letak kumparan jangkar pada slot besi disebelah luar permukaan jangkar.
2.2.2 Jenis Motor DC
Ada beberapa jenis motor dc yang berada dipasaran. Motor dc dibedakan atas dua jenis, yaitu:
1. Berdasarkan sumber arus Penguat magnet
2. Berdasarkan hubungan lilitan Penguat magnet terhadap lilitan jangkar
Berdasarkan sumber arus penguat magnet, motor dc dibedakan atas:
a. Motor dc permanent magnet.
b. Motor dc Penguat terpisah, bila arus penguatan medan diperoleh dari sumber dc diluar motor.
Motor dc dengan penguatan sendiri, bila arus penguatan magnet berasal dari motor itu sendiri.
2.2.3. Karakteristik Motor DC
Untuk motor arus searah, berlaku hubungan:
Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa pada motor shunt bertambahnya kopel (artinya
arus jangkar bertambah besar) mengakibatkan kecepatan (n) menurun.
Pada motor seri, bertambahnya kopel (arus) akan menyebabkan bertambahnya harga fluks
,
Karena fluks pada motor seri merupakan fungsi arus jangkar (Ia). Dari rangkaian motor seri terlihat
bahwa untuk harga arus jangkar sama dengan nol. Harga fluks juga nol, sehingga dari persamaan
terakhir diatas diperoleh harga n menuju tak terhingga.
Disini dapat dijelaskan bahwa antara putaran dengan tegangan adalah linier, sedangkan
karakteristik kopel terhadap putaran sesuai dengan keadaan beban yang membutuhkan kopel mula
yang besar. Pengaturan kecepatan memegang peranan penting dalam motor arus searah, karena motor
arus searah mempunyai karakteristik kopel-kecepatan yang menguntungkan dibandingkan dengan
motor lainnya.
Telah diketahui bahwa untuk motor arus searah dapat diturunkan rumus sebagai berikut:
2.2.4. Di bawah ini merupakan contoh dari motor DC seri :
2.2.5.Berikut ini Contoh Soal dari motor DC seri :
o Motor arus searah seri bekerja pada kecepatan 800 rpm dengan arus jal-jala 100 Amper dan
tegangan terminal 200 volt. Resistans jangkar dan resistans medan seri masing-masing 0,15
ohm dan 0,1 ohm, rugi tegangan pada sikat diabaikan. Hitung kecepatan jika motor bekerja
dengan arus jala-jala 25 Amper dan fluksnya 45% dari fluks pada waktu arus jala-jala 100
Penyelesaian :
N 1 = 800 rpm ; Eb = V t − I a R a − IR a − Rugi tegangan pada sikat
1
I a = I → Eb 1 = 230 − 100 ( 0,15 ) + 0,1) − 0 = 205 volt
E b = 230 − 25 ( 0,15 − 0,1 ) = 223 ,75 volt
2
1
0,45
Φ2 = 0,45 Φ1 →
¿
Φ1
= ¿¿
¿
Φ2
N 2 E b2 Φ1 N 2 223 ,75
1
=
x
¿
=
x
¿ N = 1940 rpm ¿¿
N 1 E b Φ2 800 205
0,45 2
1