Motor DC

Motor DCPrinsip KerjaMotor elektrik merupakan mesin yang mengkonversikan energi listrik menjadi energi mekanik. Aksi ini dilakukan berdasarkan prinsip ketika arus yang mengalir pada konduktor yang berada dalam medan magnetik, hal itu menimbulkan gaya mekanik .

Gambar di atas menunjukkan potongan dari motor dc kutub banyak. Ketika medan magnet tereksitasi dan kumparan jangkar dialiri arus dari sumber, maka akan terjadi gaya yang cenderung memutar jangkar. Konduktor jangkar di bawah kutub N diasumsikan memiliki arah arus ke bawah (cross) dan di bawah kutub S memiliki arah arus ke atas (titik).

Dengan menerapkan aturan Tangan Kanan Fleming, arah dari gaya setiap konduktor dapat ditentukan. Hal itu terlihat dari arah panah yang diletakkan di atas tiap konduktor. Terlihat bahwa setiap konduktor mengalami gaya F yang akan memutar jangkar dengan arah berlawanan arah jarum jam. Gaya tersebut secara bersama-sama menghasilkan torka pendorong yang akan menyebabkan jangkar berputar.Hal yang perlu diperhatikan adalah fungsi dari komutator pada motor pada dasarnya sama dengan generator. Perbandingan antara Motor DC dan Generator DCPada dasarnya, perbedaan antara motor dan generator adalah ketika mesin bekerja sebagai motor maka mesin tersebut disuplai oleh energi listrik dan membangkitkan torsi yang dihasilkan oleh rotasi mekanik sedangkan ketika bekerja sebagai generator maka mesin tersebut digerakkan oleh energi mekanik dan akan menghasilkan energi listrik.

Tegangan Balik e.m.f.Ketika jangkar motor berotasi, konduktor juga berotasi sehingga memotong garis-garis fluks. Sesuai dengan hukum induksi elektromagnetik, e.m.f. diinduksi di arah yang berlawanan dengan tegangan yang diberikan.Karena arahnya yang berlawanan, maka tegangan tersebut disebut tegangan balik e.m.f. (Eb).

Rangkaian ekivalen motor dc :Perputaran jangkar membangkitkan tegangan bali e.m.f. Eb dapat dianggap sebagai baterai dari e.m.f. Eb terletak berseberangan dengan suplai tegangan utama. V telah menggerakkan Ia berlawanan terhadap arah Eb. Daya yang dibutuhkan untuk mengatasi arah yang berlawanan ini adalah Eb.Ia.

Pada keadaan sebuah sel, daya ini setelah interval waktu tertentu akan berubah menjadi energi kimia, tapi pada kondisi yang sedang berlangsung, daya tersebut dikonversi menjadi energi mekanik.

Dengan Ra adalah hambatan dari rangkaian armatur.

Persamaan Tegangan MotorTegangan V yang diterapkan berseberangan dengan armatur motor telah mengatasi tegangan balik e.m.f. dan mensupai tegangan jatuh armatur (Ia.Ra).

Persamaan tersebut diketahui sebagai persamaan tegangan motor.Dengan mengalikan kedua sisinya dengan Ia, maka didapatkan :

dengan :V.Ia= masukan listrik ke armaturEb . Ia= persamaan listrik dari daya mekanik yang dibangkitkan di armatur.Ia2Ra= daya hilang pada armatur

TorsiTorsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Untuk menentukan besarnya torsi pada suatu motor dapat dihitung dengan rumus :T = F x r (N.m)Usaha dalam satu putaran = F x 2r(Joule)Daya yang dibangkitkan = F x 2N(Watt)

Karakteristik Motor DCPada motor DC dikenal 3 macan karakteristik, yaitu :Karakteristik Ta = f. Ia untuk V = tetapKarakteristik Ta = f (Ia) Sesuai dengan persamaan arus : Is = Ia = I Jika beban naik, maka I, Ia dan Is naik, sehingga fluks magnet juga naik. Sebelum kutub jenuh, fluks magnet ( ) sebanding dengan Is. Berdasarkan : Ta = c Ia, di mana sebelum jenuh sebanding Ia maka persamaan di atas dapat ditulis : Ta = c . Ia Secara matematika, sebelum mencapai titik jenuh, grafik Ta = f (Ia) merupakan parabola (fungsi kuadrat). Setelah mencapai titik jenuh, Ta = f (Ia) akan linier

2.Karakteristik n = f. Ia untuk V = tetap3.Karakteristik n = f (Ta) untuk V = tetapBebanBeban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torka sesuai dengan kecepatan yang diperlukan.Pada umumnya beban dapat dikategorikan menjadi tiga kelompok.Beban torka konstanMerupakan beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torkanya tidak bervariasi. Contoh : konveyor, pompa displacement konstan.Beban dengan torka variabel.Merupakan beban dengan torka yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh : pompa sentrifugal dan fanBeban dengan energi konstan.Merupakan beban dengan permintaan torka yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan.

Pengaturan KecepatanBerdasarkan persamaan :

Jika flux tetap dijaga konstan, dan kecepatannya berubah berdasarkan tegangan armatur. Dengan naik turunnya Es, kecepatan motor akan naik atau turun sesuai dengan perbandingannya.

Pada gambar dapat dilihat bahwa Es dapat divariasikan dengan menghubungkan motor armature M ke variabel eksitasivoltage dc generator G yang berbeda. Medan eksitasi dari motor tetap dijaga tetap kosntan, tetapi generatorIx bisa divariasikan dari nol sampai maksimum dan bahkan sebaliknya.Oleh sebab itu generator output voltage Es bisa divariasikan dari nol sampai maksimum, baik dalam polaritas positif maupunnegatif. Oleh karena itu, kecepatan motor dapat divariasikan dari nol sampai maksimumdalam dua arah. Metode speed control ini, dikenal sebagai sistem Ward-Leonard.

Pengaturan Kecepatan dengan MedanKecepatan motor dc juga dapat divariasikan dengan memvariasikan medan fluks ().Tegangan armature Es tetap dijaga konstan agar numerator pada persamaan di atas juga konstan. Oleh sebab itu, kecepatan motor sekarang berubah perbandingannnya ke flux . Jika dinaikkan fluxnya, kecepatan akan jatuh, dan sebaliknya.Metode dari speed control ini seringkali digunakan saat motor harus dijalankandiatas kecepatan rata-ratanya, disebut base speed. Untuk mengatur flux (dan kecepatannya), kita menghubungkan rheostat Rfsecara seri dengan fieldnya.

Untuk mengerti metode dari speed control, pada gambar di atas awalnya bekerja pada kecepatan konstan. Counter-emf Eo sedikit lebih rendah dari tegangan suplai armatur Es, karena penurunan IR armatur.

Jika tiba-tiba hambatan dari rheostat ditingkatkan, baik arus eksitasi dan fluks akan berkurang. Hal ini segera mengurangi emf Eo, yang menyebabkan arus armatur melonjak ke nilai yang lebih tinggi. Arus berubah secara dramatis karena nilainya tergantung pada perbedaan yang sangat kecil antara Es dan Eo. Meskipun medannya lemah, motor mengembangkan torsi yang lebih besar dari sebelumnya. Itu akan mempercepat Eo sehingga hampir sama dengan Es.