Pengertian Motor Arus Searah atau Motor DC Lengkap

TAMBANGILMU.COM - Sebuah motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kebanyakan motor listrik beroperasi melalui interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus untuk menghasilkan kekuatan, walaupun motor elektrostatik menggunakan sebuah gaya elektrostatik. Kebalikan dari proses tersebut akan menghasilkan energi listrik dari energi mekanik, yang dilakukan oleh generator seperti alternator, atau dinamo. Bermacam-macam motor listrik dapat dijalankan sebagai generator, dan juga sebaliknya. Motor listrik dan generator yang sering disebut sebagai mesin-mesin listrik. Pada kesempatan ini admin tambangilmu akan membagikan tentang pengertian motor arus searah atau motor DC yang akan dijelaskan secara lengkap dan mudah untuk dimengerti. 

Motor arus searah atau motor DC telah ada selama lebih dari seabad yang lalu. Keberadaan motor DC telah membawa sebuah perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang disebut AC Shunt Motor. Motor DC telah memunculkan kembali Silicon Controller Rectifier yang digunakan sebagai fasilitas kontrol kecepatan pada suatu motor. Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini kemudian digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, serta mengangkat bahan. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik terkadang disebut sebagai “kuda kerja” nya industri karena diperkirakan motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor DC memiliki manfaat yang sangat banyak pada kehidupan sehari-hari dan di dalam dunia industri. Motor DC dapat memudahkan suatu pekerjaan sehingga proses industri dapat berjalan efisien. Semakin banyak industri yang berkembang, dengan begitu akan semakin banyak pula mesin yang digunakan. Dan semakin banyak mesin yang digunakan, maka semakin banyak penggunaan motor DC.

PENGERTIAN MOTOR DC

Mesin listrik DC merupakan salah satu dari jenis motor DC. Mesin arus searah ini dapat berupa generator DC atau motor DC. Generator DC merupakan alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC. Sedangkan Motor DC merupakan alat yang mengubah energi listrik DC menjadi sebuah energi mekanik putaran. Motor DC dapat difungsikan menjadi generator atau sebaliknya generator DC dapat difungsikan menjadi motor DC.

Motor DC itu sendiri memerlukan suplai tegangan dengan arus searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk kemudian diubah menjadi energi mekanik. Pada motor DC kumparan medan disebut stator sebagi bagian yang tidak berputar dan kumparan jangkar disebut rotor sebagai bagian yang berputar. Motor DC umumnya dimanfaatkan sebagai penggerak pintu geser otomatis dan dalam rangkaian robot sederhana.

Catu tegangan dc dari baterai dialirkan ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator, terdapat dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Angker dinamo adalah komponen yang berputar di antara medan magnet.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini adalah keluaran tenaga putar / torque yang sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :

• Beban torque konstan merupakan beban dengan  keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan variabel torque merupakan beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torquenya bervariasi sesuai dengan kuadrat kecepatan).
• Beban dengan energi konstan merupakan beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

KOMPONEN UTAMA MOTOR DC

Berikut adalah 3 komponen utama pada motor dc :

Kutub medan 

Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan adanya perputaran pada motor DC. Motor DC mempunyai kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi akan membesar melintasi bukan berada diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari luar sistem sebagai penyedia struktur medan.

Current Elektromagnet atau Dinamo 

Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus tersebut akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk sebuah silinder dihubungkan ke penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, hingga 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. Commutator memiliki fungsi untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.

BAGIAN-BAGIAN MOTOR DC

Berikut adalah bagian-bagian penting dari motor dc :

1. Badan Mesin

Badan mesin memiliki fungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan kutub magnet, sehingga harus terbuat dari bahan ferromagnetik. Fungsi lain badan mesin adalah untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian dari mesin, sehingga harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat, seperti dari besi tuang dan plat campuran baja.

2. Inti Kutub Magnet serta Belitan Penguat Magnet

Inti kutub magnet serta belitan penguat magnet ini berfungsi untuk mengalirkan arus listrik agar dapat terjadi proses elektromagnetik. Aliran fluks magnet dari kutub utara melalui celah udara melewati badan mesin.

3. Sikat-sikat

Sikat - sikat ini berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas dan memiliki peranan penting untuk terjadinya proses komutasi.

4. Komutator

Komutator ini berfungsi sebagai penyearah mekanik yang akan dipakai bersama-sama dengan sikat. Sikat-sikat disusun sedemikian rupa sehingga komutasi dapat terjadi pada saat sisi kumparan berbeda.

5. Jangkar

Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetic dengan maksud agar kumparan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnetiknya besar, agar gaya gerak listik induksi yang dihasilkan dapat bertambah besar.

6. Belitan jangkar

Belitan jangkar merupakan bagian yang terpenting pada mesin arus searah, berfungsi untuk tempat timbulnya tenaga putar motor.

KEUNTUNGAN MOTOR DC

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur :

• Tegangan dinamo berfungsi meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
• Arus medan berfungi menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

RUMUS MOTOR DC

Hubungan antara kecepatan, fluks medan dan tegangan dinamo akan ditunjukkan dalam persamaan di bawah ini :

• Gaya Elektromagnetik (E)

E=K\Φ.N

• Torque (T) :

T=K\Φ.Ia


Dimana:
E = gaya elektromagnetik pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan magnet yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi elektromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta



PRINSIP KERJA MOTOR DC

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum :

1. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

2. Jika kawat yang membawa arus dibuat menjadi sebuah lingkaran atau loop, maka kedua sisi pada loop yaitu sudut kanan medan magnet akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

3. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar atau torsi untuk memutar kumparan tersebut.

4. Motor-motor memiliki sejumlah loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnet dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut sebagai kumparan medan.

Kemudian untuk prinsip kerja pada Motor DC sendiri adalah jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor. Medan magnet hanya dapat terjadi di sekitaran konduktor jika ada arus yang mengalir pada konduktor tersebut. Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik pada motor dc akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik yaitu pada motor maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus menjadi tempat berlangsungnya proses perubahan energi tersebut. 

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber yang diperlukan harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dikelilingi oleh medan magnet maka akan menimbulkan perputaran pada motor.

Untuk dapat menentukan arah putaran motor maka digunakan kaedah Tangan Kiri Flamming. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan sebuah medan magnet dengan arah dari kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong kawat penghantar yang dialiri arus searah yangdigambarkan dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari, gaya ini disebut gaya Lorentz.

Prinsip dari arus searah adalah membalik phasa negatif dari gelombang sinusoidal menjadi gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator, dengan begitu arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar akan berputar dalam medan magnet, kemudian dihasilkan tegangan (GGL) seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini sebagai berikut :

JENIS - JENIS MOTOR DC


Motor Arus Searah Penguat Terpisah

Penguat magnet pada motor jenis ini mendapat arus dari sumber tersendiri dan terpisah dengan sumber arus ke rotor. Sehingga arus yang dialirka untuk jangkar dengan arus yang dialirkan untuk penguat magnet tidak akan terikat antara satu dengan lainnya secara kelistrikan.

Motor Arus Searah dengan Penguat Sendiri

Motor jenis ini adalah jika arus penguat magnet diperoleh dari motor itu sendiri. Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar motor DC dengan penguat sendiri dapat dibedakan menjadi 3, yaitu :

a.  Motor Shunt

Motor ini dinamakan Motor DC Shunt karena cara pengkabelan pada motor ini yang paralel atau shunt dengan kumparan armature. Karena gulungan kawat diparalel dengan armature, maka disebut shunt winding dan motornya disebut shunt motor. Motor DC shunt memiliki skema berikut:

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A). Oleh sebab itu total arus dalam jalur tersebut merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Karakter kecepatan motor DC tipe shunt adalah :

• Kecepatan pada prakteknya adalah konstan dan tidak tergantung pada beban hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan membutuhkan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang sebuah tahanan dalam susunan seri dengan dinamo maka kecepatan akan berkurang atau dengan memasang tahanan pada arus medan maka kecepatannya bertambah.

Motor ini tidak dapat menghasilkan arus yang besar ketika mulai melakukan putaran seperti pada medan kumparan seri. Hal ini berarti motor paralel mempunyai torsi awal yang lemah. Ketika tegangan diaplikasikan ke motor listrik, nilai resistansi yang tinggi pada kumparan paralel akan menjaga arus mengalir lambat.

Kumparan armature pada motor shunt pada dasarnya sama seperti pada motor seri dan menggunakan arus untuk memproduksi medan magnetik yang cukup kuat untuk membuat kumparan armature memulai putaran. Dalam bidang industri, motor shunt umumnya digunakan pada Mesin bubut, Drills, Boring Mills, dan Spinning.

Karakteristik Motor Shunt

Motor shunt mempunyai kecepatan yang hampir konstan. Pada saat tegangan jepit konstan, motor ini memiliki putaran yang hampir konstan walaupun terjadi perubahan beban. Perubahan kecepatan hanya sekitar 10 %. Misalnya untuk pemakaian kipas angin, elevator, blower, pompa centrifugal, pengaduk, mesin cetak, dan juga untuk pengerjaan kayu dan logam.

b. Motor Seri

Motor ini dipasang secara seri dengan kumparan armature. Motor ini mempunyai kecepatan yang kurang stabil, saat torsinya tinggi maka kecepatannya akan menurun dan sebaliknya. Namun, pada saat tidak terdapat beban maka motor ini akan lebih cenderung menghasilkan kecepatan yang sangat tinggi. Tenaga putaran yang cukup besar ini sangat dibutuhkan pada Elevator dan Electric Traction. Kecepatan ini juga dibutuhkan pada alat mesin jahit.  Motor DC dapat disusun dengan skema berikut:

Dalam motor seri, gulungan medan atau medan shunt dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Karakteristik kecepatan dari motor DC tipe seri adalah sebagai berikut :

• Kecepatan dibatasi pada nilai 5000 RPM.
• Harus dihindarkan untuk menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa dapat dikendalikan.

Karena kumparan medan terseri dengan kumparan armature, motor DC seri membutuhkan besar arus yang sama dengan besar arus yang mengalir melalui kumparan armature. Pengoperasian dari motor ini sangat mudah untuk dimengerti. Sebagaimana yang diketahui bahwa kumparan medan terkoneksi secara seri dengan kumparan armature, berarti daya akan teraplikasi pada satu ujung dari kumparan medan yang di seri dan ujung lain dari kumparan armature yang terhubung dengan brush.

Ketika tegangan diberikan, arus mulai mengalir dari terminal power supply yang negatif menuju kumparan yang seri dan kumparan armature. Kumparan armature tidak akan berputar ketika tegangan pertama kali diberikan dan terdapat satu-satunya hambatan pada sirkuit berasal dari konduktor yang digunakan armature dan pada kumparan penguat medan. Kerena konduktor ini sangat besar, maka hanya akan memiliki hambatan yang kecil.

Hal ini menyebabkan motor akan mengambil arus yang besar dari power supply. Ketika arus yang besar mulai mengalir menuju kumparan penguat medan dan kumparan armature, hal ini menyebabkan kumparan menjadi jenuh, yang akan memproduksi medan magnet yang sangat kuatmaka terbentuk medan magnet yang cukup kuat.

Karakteristik Motor Seri

Dalam bidang industri, motor ini digunakan sebagai elevator, electric traction, penyedot debu, kompresor udara, dan pengering rambut. Contoh yang nyata dapat ditemukan pada mesin mobil. Saat pertama kali dihidupkan, mobil membutuhkan tenaga putaran yang kuat untuk membuat mesin mobil dapat hidup. Motor seri cocok untuk penggunaan yang membutuhkan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti alat pengangkat hoist dan derek.

c. Motor Kompon

Motor Kompon DC adalah gabungan dari motor seri dan motor shunt. Pada motor kompon, gulungan medan atau medan shunt dihubungkan secara paralel dan juga seri dengan gulungan dinamo (A). Oleh karena itu, motor kompon memiliki torsi penyalaan awal yang cukup bagus dan kecepatan yang stabil.

Karakteristik Motor Kompon

Makin tingginya persentase penggabungan yaitu persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri, makin tinggi juga torsi penyalaan awal yang mampu ditangani oleh motor ini. Dalam bidang industri, motor ini digunakan untuk semua pekerjaan yang membutuhkan torsi besar dan kecepatan yang konstan.

Bila motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar dibawah maka disebut dengan motor kompon shunt panjang.

Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar  dibawah maka disebut disebut motor kompon shunt pendek.

PENGGUNAAN MOTOR DC

Motor listrik ditemukan dalam aplikasi yang beragam seperti industri, blower kipas, pompa, alat-alat listrik, peralatan mesin, peralatan rumah tangga, dan disk drive. Mereka mungkin didukung oleh perangkat portabel bertenaga baterai atau kendaraan bermotor yang langsung saat ini, atau dengan tegangan arus bolak-balik dari kotak distribusi sentral listrik. Motor listrik terkecil dapat ditemukan berada pada jam tangan elektonik (yang menggunakan baterai). Dimensi motor sangat standar dan karakteristik motor tersebut menyediakan tenaga mesin nyaman untuk kegunaan pada industri. Motor listrik sangat terbesar digunakan untuk kompresor pipa, penggerak kapal, dan pompa air dengan peringkat dalam jutaan Watt. Motor listrik dapat diklasifikasikan berdasarkan sumber tenaga listrik, dengan konstruksi internal, aplikasi, atau jenis gerakan yang diberikan.

Untuk motor DC sendiri banyak digunakan dalam bidang teknologi, antara lain :

• Aplikasi dari motor DC sebagai sebuah penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring dalam sebuah ruangan penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 30. Penggerak pintu pada sistem tersebut penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 20 yang digunakan adalah motor DC. Untuk menggerakkan motor DC, digunakan driver motor DC yaitu driver H-Bridge yang digunakan untuk mengatur motor agar dapat berputar dalam dua arah yaitu Forward atau searah jarum jam dan Reverse atau berlawanan arah jarum jam. Berputarnya motor DC juga dipengaruhi oleh terhalang atau tidaknya sensor IR pada pintu tersebut. Ketika sensor IR terhalangi maka motor akan membalik putarannya sehingga kemudian akan membuka pintu. Jika pintu dibuka secara paksa maka alarm akan menyala otomatis dikarenakan sensor IR terhalangi oleh benda.

• Aplikasi motor DC menggunakan paralel port dalam sebuah rangkaian robot sederhana. Motor DC dapat dikendalikan oleh komputer melalui sebuah paralel port. Agar dapat dikendalikan, motor DC harus dihubungkan sedemikian rupa dengan transistor, relay, dan resistor. Pengembangan rangkaian pengendali motor DC ini dapat berupa sebuah robot berjalan. Pada robot ini dibutuhkan dua buah motor DC serta empat buah roda, dimana tiap motor DC dihubungkan dengan roda depan. Sehingga roda penggerak robot tersebut berada di roda depan.

• Aplikasi penyearah Thyristor gelombang penuh satu phasa untuk pengendalian arah putaran motor DC untuk dapat membalik arah putaran ke kanan dan ke kiri adalah sebagai berikut, terdapat dua kelompok penyearah Thyristor yaitu penyearah 1 dan penyearah 2. Ketika penyearah 1 jika dijalankan, maka motor DC akan berputar ke kanan. dan saat penyearah 2 dijalankan, motor DC akan berputar ke kiri. Sedangkan untuk mengatur kecepatan dari motor DC tersebut, dapat dilakukan dengan cara mengatur besarnya tegangan yang masuk ke terminal motor DC.

Demikian penjelasan tentang Pengertian Motor Arus Searah atau Motor DC Lengkap. Semoga artikel di atas bermanfaat untuk Anda.

Baca juga

• Pengertian Transistor Pada Rangkaian Elektronika Lengkap
• Prinsip Kerja Dioda Lengkap
• Pengertian Transformator, Bagian-Bagiannya, Serta Prinsip Kerjanya Lengkap
• Teknologi Pengubah Energi Gelombang Laut
• Potensi - Potensi Energi Gelombang Laut Lengkap
• Turbin Angin, Pembangkit Listrik Alternatif Ramah Lingkungan