Motor DC

     Motor arus searah (DC) ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi gerak atau energi mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari rotor.

Prinsip Kerja Motor DC

Prinsip kerja suatu motor arus searah adalah suatu kumparan jangkar terdiri dari belitan dan terletak diantara kutubkutub magnet. Kalau kumparan dilalui arus maka pada kedua sisi kumparan bekerja gaya Lorentz. Aturan tangan kiri dapat digunakan untuk menentukan arah gaya Lorentz, dimana gaya jatuh pada telapak tangan, jarijari yang yang direntangkan menunjukkan arah arus, maka ibu jari yang direntangkan menunjukkan arah gaya.

Kedua gaya yang timbul merupakan sebuah kopel. Kopel yang dibangkitkan pada kumparan sangat tidak teratur, karena kopel itu berayun antara nilai maksimum dan nol. Untuk mendapatkan kopel yang relatif sama dan sama besar, dibagi sejumlah besar kumparan di sekeliling jangkar. Kumparankumparan itu dihubungkan dengan lamel tersendiri pada komutator, sehingga motor arus searah tidak berbeda dengan generator arus searah.

Perbedaan motor dan generator hanya terletak pada konversi dayanya. Generator adalah mesin listrik yang mengubah daya masuk mekanik menjadi daya listrik. Sedangkan motor mengubah daya masuk listrik menjadi mekanik.

Jenis Motor Arus Searah

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, motor arus searah dapat dibedakan menjadi dua yaitu motor penguat terpisah dan motor penguat sendiri.

Motor Penguat Terpisah

Disebut motor penguat terpisah karena sumber tegangan yang digunakan untuk menyuplai lilitan penguat medan magnet adalah terpisah dari rangkaian kelistrikan motor. Agar lebih jelas perhatikan skema Gambar dibawah sebagai berikut :

skema rangkaian motor penguat terpisah

Ia = IPersamaan arusnya adalah : Im = Em/Rm

Persamaan tegangannya adalah : Ea = V + IaRa

    

Motor Penguat Sendiri

Dikatakan motor penguat sendiri karena sumber tagangan yang digunakan untuk menyuplai lilitan penguat medan magnet adalah menjadi satu dengan rangkaian kelistrikan motor. Ditinjau dari cara menyambung lilitan penguat medan magnetnya, terdapat beberapa jenis motor yaitu :

    Motor Shunt

Motor shunt adalah motor penguat sendiri yang lilitan penguat medan magnetnya disambung paralel dengan lilitan jangkar. Pada motor ini, jumlah lilitan penguat magnet banyak, namun luas penampang kawatnya kecil. Hal ini daharapkan agar hambatan lilitan penguatnya besar. Skema rangkaiannya adalah seperti Gambar berikut :

skema rangkaian motor shunt

Persamaan arusnya adalah : Ia = I + Ish ,Ish = Vsh/Rsh

Persamaan tegangannya adalah : Ea = V + IaRa, Vsh = Ish Rsh

V = Vsh

   Motor Seri

Motor seri adalah motor arus searah yang lilitan penguat medan magnetnya disambung seri dengan lilitan jangkar. Pada motor ini, jumlah lilitan penguat magnet sedikit, namun luas penampang kawatnya besar. Hal ini daharapkan agar hambatan lilitan penguatnya kecil. Skema rangkaiannya dapat dilihat seperti Gambar berikut :

skema rangkaian motor seri

Persamaan arusnya adalah : Ia = Is = I

Persamaan Tegangannya adalah : Ea = V + IaRa + IsRs 

Em = Sumber tegangan pada lilitan penguat magnet pada motor penguat terpisah

Ea = GGL lawan motor

V = Tegangan terminal motor

Ia = Arus jangkar

Is = Arus pada lilitan penguat magnet seri

Ish = Arus pada lilitan penguat magnet shunt

I = Arus dari sumber yang masuk ke motor

Ra = Hambatan pada lilitan jangkar

Rsh = Hambatan pada lilitan penguat magnet shunt

Rs = Hambatan pada lilitan penguat magnet seri

Rm = Hambatan pada lilitan penguat magnet motor penguat terpisah 

Besarnya GGL lawan

Besarnya ggl lawan pada lilitan jangkar dapat ditentukan berdasarkan

rumus :

Keterangan :

Ea = ggl lawan yang dibangkitkan oleh lilitan jangkar (volt)

P = Jumlah kutub

n = jumlah putaran rotor (rpm)

Z = Jumlah penghantar total lilitan jangkar

= Jumlah garisgaris gaya magnet tiap kutub (Weber)

A = Jumlah cabang paralel lilitan jangka

Torsi Motor

Untuk mengetahui besarnya torsi yang dihasilkan oleh motor listrik arus s earah dapat dilakukan analisis sebagai berikut :

gaya yang dihasilkan pada sebuah kumparan

Berdasarkan Gambar di atas persamaam untuk Torsi adalah

T = F x R Nm

Terdapat suatu rumus :

Usaha = Gaya x Jarak

Jika jarak yang ditempuh merupakan suatu bentuk lingkaran seperti Gambar  di atas, maka :

Usaha = F x 2pR Joule

Misal poros berputar n putaran tiap detik, maka :

Usaha/detik = F x 2.3,14R x n Joule/detik = F x R x 2.3,14n Joule/detik = T x w Joule/detik

Daya = T x w Watt

Untuk n = jumlah putaran tiap menit, maka w = (2.3.14.n/60)

Dapat juga dituliskan bahwa :

T = P/ (2.3,14n/60) Nm

Berdasarkan rumus di atas :Ta = Pa/(2.3,14.n/60) Nm atau Ta = Ea x Ia /(2.3,14.n/60) Nm

Ta = PF (n/60) (Z/A) Ia /(2.3,14.n/60) Nm

Ta = C2 F Ia

                                   (mohon maaf karena tidak bisa menuliskan phi maka diganti dengan 3,14)

Cara Mengubah Arah Putaran Motor

Perhatikan gambar berikut

Prinsip kerja Motor DC

Kedua gaya diatas merupakan pasangan gaya sehingga akan timbul torsi. Bagian bc dan ad gayanya saling menghilangkan.

Torsi mengakibatkan benda dapat berputar dan jika ingin membalikkan putaran pada motor DC dengan cara mengubah polaritas, seperti gambar berikut :

Cara Mengubah Putaran Motor dengan Saklar

Pada titik (1) motor bergerak atau berputar ke satu arah tertentu dan jika saklar

pada titik (2) motor berputar berlawanan dengan arah semula.

Sumber : Modul, Jaja Kustija, M.Sc.