PRINSIP KERJA MOTOR ARUS SEARAH
PRINSIP KERJA MOTOR ARUS SEARAH (DC)
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda
tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik
maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah
putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor.
Motor DC memiliki 2 bagian dasar :
1. Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah
koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen.
2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet.
Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet
dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.
Gambar Konstruksi Motor DC
Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan
penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat
arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong
belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar
berlawanan jarum jam.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet.
Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet
dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F
dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar berikut.
Gambar Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet
Gambar Contoh jenis-jenis Motor DC
MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH
Pengertian Mesin arus searah
Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk
membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai
apa. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi
listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi
mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau
sebaliknya generator DC bisa difungsikan sebagai motor DC. Secara fisik mesin
DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator dibongkar terdapat
kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 6.1. Mesin DC yang sudah
dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah dikenali. Bagian yang
berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros disebut sebagai rotor
atau jangkar Gambar 1.
Gambar 1 Stator Mesin DC dan Medan Magnet Utama dan Medan Magnet Bantu
Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator
dibongkar terdapat kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 1. Mesin
DC yang sudah dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah
dikenali. Bagian yang berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros
disebut sebagai rotor atau jangkar Gambar 6.2.
Gambar 2 Fisik Mesin DC
Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang merupakan
kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan
ujung belitan rotor (Gambar 3). Komutator merupakan bagian yang sering
dirawat dan dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan sikat arang
untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor.
Gambar 3 Penampang Komutator
Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush holder)
Gambar 4 agar kedudukan sikat arang stabil. Pegas akan menekan sikat arang
sehingga hubungan sikat arang dengan komutator tidak goyah. Sikat arang akan
memendek karena usia pemakaian dan secara periodik harus diganti dengan
sikat arang baru.
Gambar 4 Pemegang Sikat Arang
Salah satu kelemahan dari mesin DC adalah kontak mekanis antara komutator
dan sikat arang yang harus terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan.
Tetapi mesin DC juga memiliki keunggulan khususnya untuk mendapatkan
pengaturan kecepatan yang stabil dan halus. Motor DC banyak dipakai di
industri kertas, tekstil, kereta api diesel elektrik, dan sebagainya.
Prinsip Kerja Generator DC
Prinsip kerja generator DC berdasarkan pada kaidah tangan kanan. Sepasang
magnet permanen utara selatan menghasilkan garis medan magnet F, kawat
penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus garis medan magnet F. Jika
kawat digerakkan ke arah ibu jari, maka dalam kawat dihasilkan arus listrik I
yang searah dengan keempat arah jari tangan Gambar 5. Bagaimana kalau
posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah arah arus listrik
induksi yang dihasilkan?
Gambar 5 Kaidah Tangan Kanan
Percobaan secara sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang
magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung dikedua sisi
ujungnya, pada ujung kawat dipasangkan Voltmeter (Gambar 6). Batang kawat
digerakkan ke arah panah, pada kawat dihasilkan ggl induksi dengan tegangan
yang terukur pada Voltmeter.
Besarnya ggl induksi yang dibangkitkan: ui = B · L · v · z Volt
ui = Tegangan induksi pada kawat, V
B = Kerapatan medan magnet, Tesla
L = Panjang kawat efektif, meter
v = Kecepatan gerak, m/detik
z = Jumlah belitan kawat
Gambar 6 Model Prinsip Kerja Generator DC
Belitan kawat generator berbentuk silinder dan beberapa kawat dibelitkan
selanjutnya disebut belitan rotor atau belitan jangkar. Kedudukan I, ketika rotor
digerakkan searah jarum jam, kawat 1 tanda silang (menjauhi kita), kawat 2
tanda titik (mendekati kita) ggl induksi maksimum. Posisi II kawat 1 dan kawat 2
berada pada garis netral ggl induksi sama dengan nol. Posisi III kawat kebalikan
posisi I dan ggl induksi tetap maksimum (Gambar 7).
Gambar 7 Pembangkitan Tegangan DC pada Angker
Posisi ini terjadi berulang-ulang selama rotor diputar pada porosnya, ggl induksi
yang dihasilkan maksimum, kemudian ggl induksi menjadi nol, berikutnya ggl
induksi menjadi maksimum terjadi berulang secara bergantian.
Gambar 8 a) Bentuk Tegangan AC dan Slipring
Gambar 8 b) Tegangan DC pada Komutator
GGL induksi yang dihasilkan dari belitan rotor (Gambar 7) dapat menghasilkan
dua jenis listrik yang berbeda, yaitu listrik AC dan listrik DC. Jika ujung belitan
rotor dihubungkan dengan slipring berupa dua cincin (Gambar 8a), maka
dihasilkan listrik AC berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan
dengan komutator satu cincin (Gambar 8b) dengan dua belahan, maka
dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
Mesin DC dikembangkan rotornya memiliki banyak belitan dan komutator
memiliki beberapa segmen. Rotor memiliki empat belitan dan komutator empat
segmen, sikat arang dua buah, akan menghasilkan ggl induksi dengan empat
buah buah gelombang untuk setiap putaran rotornya (Gambar 9). Tegangan DC
yang memiliki empat puncak.
Gambar 9 Prinsip Pembangkitan Tegangan DC
Medan magnet yang sebelumnya adalah magnet permanen diganti menjadi
elektromagnet, sehingga kuat medan magnet bisa diatur oleh besarnya arus
penguatan medan magnet. Belitan rotor dikembangkan menjadi belitan yang
memiliki empat cabang, komutator empat segmen dan sikat arang dua buah.
Tegangan yang dihasilkan penjumlahan dari belitan 1-2 dan belitan 3-4 (Gambar
10).
Gambar 10 Tegangan DC pada Komutator
Dalam perkembangan berikutnya generator DC dibagi menjadi tiga jenis, yaitu:
a)
Generator penguat terpisah
b)
Generator belitan Shunt
c)
Generator belitan Kompound
Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda
tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik
maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah
putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor.
Motor DC memiliki 2 bagian dasar :
1. Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah
koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen.
2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet.
Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet
dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.
Gambar Konstruksi Motor DC
Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan
penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat
arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong
belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar
berlawanan jarum jam.
Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet.
Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet
dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam
medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F
dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar berikut.
Gambar Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet
Gambar Contoh jenis-jenis Motor DC
MOTOR LISTRIK ARUS SEARAH
Pengertian Mesin arus searah
Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk
membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai
apa. Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi
listrik DC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi
mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau
sebaliknya generator DC bisa difungsikan sebagai motor DC. Secara fisik mesin
DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator dibongkar terdapat
kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 6.1. Mesin DC yang sudah
dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah dikenali. Bagian yang
berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros disebut sebagai rotor
atau jangkar Gambar 1.
Gambar 1 Stator Mesin DC dan Medan Magnet Utama dan Medan Magnet Bantu
Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator
dibongkar terdapat kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 1. Mesin
DC yang sudah dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah
dikenali. Bagian yang berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros
disebut sebagai rotor atau jangkar Gambar 6.2.
Gambar 2 Fisik Mesin DC
Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang merupakan
kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan
ujung belitan rotor (Gambar 3). Komutator merupakan bagian yang sering
dirawat dan dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan sikat arang
untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor.
Gambar 3 Penampang Komutator
Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush holder)
Gambar 4 agar kedudukan sikat arang stabil. Pegas akan menekan sikat arang
sehingga hubungan sikat arang dengan komutator tidak goyah. Sikat arang akan
memendek karena usia pemakaian dan secara periodik harus diganti dengan
sikat arang baru.
Gambar 4 Pemegang Sikat Arang
Salah satu kelemahan dari mesin DC adalah kontak mekanis antara komutator
dan sikat arang yang harus terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan.
Tetapi mesin DC juga memiliki keunggulan khususnya untuk mendapatkan
pengaturan kecepatan yang stabil dan halus. Motor DC banyak dipakai di
industri kertas, tekstil, kereta api diesel elektrik, dan sebagainya.
Prinsip Kerja Generator DC
Prinsip kerja generator DC berdasarkan pada kaidah tangan kanan. Sepasang
magnet permanen utara selatan menghasilkan garis medan magnet F, kawat
penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus garis medan magnet F. Jika
kawat digerakkan ke arah ibu jari, maka dalam kawat dihasilkan arus listrik I
yang searah dengan keempat arah jari tangan Gambar 5. Bagaimana kalau
posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah arah arus listrik
induksi yang dihasilkan?
Gambar 5 Kaidah Tangan Kanan
Percobaan secara sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang
magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung dikedua sisi
ujungnya, pada ujung kawat dipasangkan Voltmeter (Gambar 6). Batang kawat
digerakkan ke arah panah, pada kawat dihasilkan ggl induksi dengan tegangan
yang terukur pada Voltmeter.
Besarnya ggl induksi yang dibangkitkan: ui = B · L · v · z Volt
ui = Tegangan induksi pada kawat, V
B = Kerapatan medan magnet, Tesla
L = Panjang kawat efektif, meter
v = Kecepatan gerak, m/detik
z = Jumlah belitan kawat
Gambar 6 Model Prinsip Kerja Generator DC
Belitan kawat generator berbentuk silinder dan beberapa kawat dibelitkan
selanjutnya disebut belitan rotor atau belitan jangkar. Kedudukan I, ketika rotor
digerakkan searah jarum jam, kawat 1 tanda silang (menjauhi kita), kawat 2
tanda titik (mendekati kita) ggl induksi maksimum. Posisi II kawat 1 dan kawat 2
berada pada garis netral ggl induksi sama dengan nol. Posisi III kawat kebalikan
posisi I dan ggl induksi tetap maksimum (Gambar 7).
Gambar 7 Pembangkitan Tegangan DC pada Angker
Posisi ini terjadi berulang-ulang selama rotor diputar pada porosnya, ggl induksi
yang dihasilkan maksimum, kemudian ggl induksi menjadi nol, berikutnya ggl
induksi menjadi maksimum terjadi berulang secara bergantian.
Gambar 8 a) Bentuk Tegangan AC dan Slipring
Gambar 8 b) Tegangan DC pada Komutator
GGL induksi yang dihasilkan dari belitan rotor (Gambar 7) dapat menghasilkan
dua jenis listrik yang berbeda, yaitu listrik AC dan listrik DC. Jika ujung belitan
rotor dihubungkan dengan slipring berupa dua cincin (Gambar 8a), maka
dihasilkan listrik AC berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan
dengan komutator satu cincin (Gambar 8b) dengan dua belahan, maka
dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
Mesin DC dikembangkan rotornya memiliki banyak belitan dan komutator
memiliki beberapa segmen. Rotor memiliki empat belitan dan komutator empat
segmen, sikat arang dua buah, akan menghasilkan ggl induksi dengan empat
buah buah gelombang untuk setiap putaran rotornya (Gambar 9). Tegangan DC
yang memiliki empat puncak.
Gambar 9 Prinsip Pembangkitan Tegangan DC
Medan magnet yang sebelumnya adalah magnet permanen diganti menjadi
elektromagnet, sehingga kuat medan magnet bisa diatur oleh besarnya arus
penguatan medan magnet. Belitan rotor dikembangkan menjadi belitan yang
memiliki empat cabang, komutator empat segmen dan sikat arang dua buah.
Tegangan yang dihasilkan penjumlahan dari belitan 1-2 dan belitan 3-4 (Gambar
10).
Gambar 10 Tegangan DC pada Komutator
Dalam perkembangan berikutnya generator DC dibagi menjadi tiga jenis, yaitu:
a)
Generator penguat terpisah
b)
Generator belitan Shunt
c)
Generator belitan Kompound